Energia potențială sună ca și cum ar fi pur și simplu o energie care nu s-a actualizat și gândirea la ea așa te poate lăsa să crezi că nu este reală. Stai sub un seif suspendat la 30 de picioare deasupra solului, însă părerea ta s-ar putea schimba. Seiful are energie potențială datorită forței gravitaționale și, dacă cineva ar tăia frânghia care o ține, acea energie s-ar transforma în energie cinetică și, până când siguranța a ajuns la tine, ar avea suficientă energie „actualizată” pentru a vă oferi o divizare durere de cap.
O definiție mai bună a energiei potențiale este energia stocată și este nevoie de „muncă” pentru a stoca energia. Fizica are o definiție specifică a muncii - munca se face atunci când o forță mută un obiect pe o distanță. Munca este legată de energie. Se măsoară în jouli în sistemul SI., Care sunt și unități de energie potențială și cinetică. Pentru a transforma munca în energie potențială, trebuie să acționați împotriva unui anumit tip de forță și există mai multe. Forța ar putea fi gravitația, un arc sau un câmp electric. Caracteristicile forței determină cantitatea de energie potențială pe care o depozitați, acționând împotriva acesteia.
Formula de energie potențială pentru câmpul gravitațional al Pământului
Modul în care funcționează gravitația este că două corpuri se atrag reciproc, dar totul de pe pământ este atât de mic în comparație cu planeta însăși, încât doar câmpul gravitațional al pământului este semnificativ. Dacă ridicați un corp (m) deasupra solului, acel corp experimentează o forță care tinde să-l facă să accelereze spre sol. Mărimea forței (F), din a doua lege a lui Newton, este dată de F = mg, Unde g este accelerația datorată gravitației, care este o constantă peste tot pe Pământ.
Să presupunem că ridicați corpul la o înălțime h. Cantitatea de muncă pe care o faceți pentru a realiza acest lucru este forța × distanța sau mgh. Această lucrare este stocată ca energie potențială, deci ecuația energiei potențiale pentru câmpul gravitațional al Pământului este pur și simplu:
Energia potențială gravitațională = mgh
Energie potențială elastică
Arcurile, benzile de cauciuc și alte materiale elastice pot stoca energie, ceea ce face în esență atunci când trageți înapoi un arc chiar înainte de a trage o săgeată. Când întindeți sau comprimați un arc, acesta exercită o forță opusă care acționează pentru a restabili arcul la acesta poziția de echilibru Mărimea forței este proporțională cu distanța pe care o întindeți sau o comprimați aceasta (X). Constanta de proporționalitate (k) este caracteristică izvorului. Conform legii lui Hooke, F = −kx. Semnul minus indică forța de refacere a arcului, care acționează în direcția opusă celei care îl întinde sau îl comprimă.
Pentru a calcula energia potențială stocată într-un material elastic, trebuie să recunoașteți că forța devine mai mare cu cât X crește. Pentru o distanță infinitesimală, totuși, F este constant. Prin însumarea forțelor tuturor distanțelor infinitesimale dintre 0 (echilibru) și extensia finală sau compresia X, puteți calcula munca depusă și energia stocată. Acest proces de însumare este o tehnică matematică numită integrare. Produce formula energiei potențiale pentru un material elastic:
Energia potențială = kx2/2
Unde X este extensia și k este constanta arcului.
Potențial electric sau tensiune
Luați în considerare mutarea unei sarcini pozitive q în cadrul unui câmp electric generat de o sarcină pozitivă mai mare Î. Datorită forțelor electrice de respingere, este nevoie de muncă pentru a apropia sarcina mai mică de cea mai mare. Conform legii lui Coulomb, forța dintre acuzații în orice moment este kqQ/r2, Unde r este distanța dintre ele. În acest caz, k este constanta lui Coulomb, nu constanta arcului. Fizicienii îi denotă pe amândoi prin k. Calculați energia potențială luând în considerare munca necesară pentru a vă deplasa q din infinit departe de Î la distanța sa r. Aceasta oferă ecuația energiei potențiale electrice:
Energie potențială electrică = kqQ/r
Potențialul electric este ușor diferit. Este cantitatea de energie stocată pe unitate de încărcare și este cunoscută sub numele de tensiune, măsurată în volți (jouli / coulomb). Ecuația pentru potențialul electric sau tensiunea generată de sarcină Î de la distanță r este:
Potențial electric = kQ/r
