Potansiyel enerji kulağa sadece gerçekleşmemiş bir enerji gibi geliyor ve böyle düşünmek sizi onun gerçek olmadığına inandırabilir. Yine de yerden 30 metre yükseklikte asılı duran bir kasanın altında durun ve fikriniz değişebilir. Kasa, yerçekimi kuvveti nedeniyle potansiyel enerjiye sahiptir ve eğer biri onu tutan ipi kesecek olsaydı, bu enerji dönerdi. kinetik enerjiye dönüştürülür ve kasa size ulaştığında, size bir bölünme sağlamak için yeterli "gerçekleşmiş" enerjiye sahip olacaktır. baş ağrısı.
Daha iyi bir potansiyel enerji tanımı depolanmış enerjidir ve enerjiyi depolamak için "iş" gerekir. Fiziğin belirli bir iş tanımı vardır - bir kuvvet bir nesneyi bir mesafe boyunca hareket ettirdiğinde iş yapılır. İş enerji ile ilgilidir. Aynı zamanda potansiyel ve kinetik enerji birimleri olan SI sisteminde joule cinsinden ölçülür. İşi potansiyel enerjiye dönüştürmek için belirli bir kuvvet türüne karşı hareket etmelisiniz ve birkaç tane var. Kuvvet yerçekimi, yay veya elektrik alanı olabilir. Kuvvetin özellikleri, ona karşı iş yaparak depoladığınız potansiyel enerji miktarını belirler.
Dünyanın Yerçekimi Alanı için Potansiyel Enerji Formülü
Yerçekiminin çalışma şekli, iki cismin birbirini çekmesidir, ancak dünyadaki her şey, gezegenin kendisine kıyasla o kadar küçüktür ki, yalnızca dünyanın yerçekimi alanı önemlidir. Bir vücudu kaldırırsanız (m) yerin üstünde, bu vücut, onu yere doğru hızlandırma eğiliminde olan bir kuvvete maruz kalır. kuvvetin büyüklüğü (F), Newton'un 2. yasasından, ile verilir F = mg, nerede g Dünyanın her yerinde sabit olan yerçekimi ivmesidir.
Diyelim ki vücudu bir yüksekliğe kaldırıyorsunuz h. Bunu başarmak için yaptığınız işin miktarı kuvvet × mesafe veya mgh. Bu iş potansiyel enerji olarak depolanır, bu nedenle dünyanın yerçekimi alanı için potansiyel enerji denklemi basitçe:
Yerçekimi Potansiyel Enerjisi = mgh
Elastik potansiyel enerji
Yaylar, lastik bantlar ve diğer elastik malzemeler enerji depolayabilir; bu, ok atmadan hemen önce yayı geri çektiğinizde yaptığınız şeydir. Bir yayı gerdiğinizde veya sıkıştırdığınızda, yayı eski haline getirmek için hareket eden zıt bir kuvvet uygular. denge pozisyonu Kuvvetin büyüklüğü, gerdiğiniz veya sıkıştırdığınız mesafeyle orantılıdır. o (x). Orantı sabiti (k) baharın özelliğidir. Hooke yasasına göre, F = −kx. Eksi işareti, yayın, onu geren veya sıkıştıran kuvvete zıt yönde hareket eden geri yükleme kuvvetini gösterir.
Elastik bir malzemede depolanan potansiyel enerjiyi hesaplamak için kuvvetin büyüdükçe büyüdüğünü kabul etmeniz gerekir. x artışlar. Ancak sonsuz küçük bir mesafe için F sabittir. 0 (denge) ile son uzama veya sıkıştırma arasındaki tüm sonsuz küçük mesafelerin kuvvetlerini toplayarak x, yapılan işi ve depolanan enerjiyi hesaplayabilirsiniz. Bu toplama işlemi, entegrasyon adı verilen matematiksel bir tekniktir. Elastik bir malzeme için potansiyel enerji formülünü üretir:
Potansiyel enerji = kx2/2
nerede x uzantısıdır ve k yay sabitidir.
Elektrik Potansiyeli veya Gerilim
Pozitif bir yükü taşımayı düşünün q daha büyük bir pozitif yük tarafından üretilen bir elektrik alanı içinde S. Elektrik itici kuvvetler nedeniyle, daha küçük yükü daha büyük olana yaklaştırmak için iş gerekir. Coulomb yasasına göre, yükler arasındaki kuvvet herhangi bir noktada kqQ/r2, nerede r aralarındaki mesafedir. Bu durumda, k Coulomb sabitidir, yay sabiti değil. Fizikçiler her ikisini de k. Hareket etmek için gereken işi göz önünde bulundurarak potansiyel enerjiyi hesaplarsınız. q sonsuz uzaklardan S uzaklığına r. Bu, elektrik potansiyel enerji denklemini verir:
Elektrik Potansiyel Enerjisi = kqQ/r
Elektrik potansiyeli biraz farklıdır. Birim şarj başına depolanan enerji miktarıdır ve voltaj olarak bilinir, volt (joule/coulomb) cinsinden ölçülür. Yük tarafından üretilen elektrik potansiyeli veya voltaj denklemi S uzaktan r dır-dir:
Elektrik Potansiyeli = kQ/r
