Conţinut
- Formula energiei potențiale pentru câmpul gravitațional al Pământului
- Energie potențială elastică
- Potențial electric sau tensiune
Energia potențială sună ca și simpla ei energie care nu s-a actualizat și gândindu-te la asta te poate lăsa să crezi că nu este reală. Totuși, stați sub o siguranță suspendată la 30 de metri deasupra solului, iar opinia dvs. s-ar putea schimba. Seiful are energie potențială datorită forței gravitației, iar dacă cineva ar tăia frânghia care o ține, acea energie s-ar transforma în energie cinetică, iar până când sigurul va ajunge la dvs., ar avea suficientă energie „actualizată” pentru a da. tu o durere de cap împărțită.
O mai bună definiție a energiei potențiale este energia stocată și este nevoie de „muncă” pentru stocarea energiei. Fizica are o definiție specifică a muncii - munca se realizează atunci când o forță mișcă un obiect pe distanță. Munca este legată de energie. Se măsoară în joule în sistemul SI., Care sunt, de asemenea, unități de energie potențială și cinetică. Pentru a transforma munca în energie potențială, trebuie să acționezi 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 făcând o muncă împotriva ei.
Formula energiei potențiale pentru câmpul gravitațional al Pământului
Modul în care funcționează gravitația este că două corpuri se atrag reciproc, dar totul pe pământ este atât de mic în comparație cu planeta în sine, încât numai câmpul gravitațional al pământului este semnificativ. Dacă ridicați un corp (m) deasupra pământului, acel corp experimentează o forță care tinde să-l accelereze spre pământ. Mărimea forței (F), din legea Newton, a doua lege, 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 înălțime h. Cantitatea de muncă pe care o depuneți pentru a realiza acest lucru este forța × distanța sau MGH. Această lucrare este stocată ca energie potențială, deci ecuația de energie potențială pentru câmpul gravitațional al pământului este pur și simplu:
Energie potențială gravitațională = MGH
Energie potențială elastică
Arcurile, benzile de cauciuc și alte materiale elastice pot stoca energie, ceea ce este în esență ceea ce faci când tragi 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 în poziția de echilibru Mărimea forței este proporțională cu distanța pe care o întindeți sau o comprimați (X). Constanța de proporționalitate (k) este caracteristic primăverii. Conform legii lui Hookes, F = −kx. Semnul minus indică forța de refacere a arcului, care acționează în sens invers celui care se întinde sau comprima.
Pentru a calcula energia potențială stocată într-un material elastic, trebuie să recunoașteți că forța devine mai mare cu cât X crește. Totuși, pentru o distanță infinitesimală, F este constantă. Prin însumarea forțelor tuturor distanțelor infinitesimale între 0 (echilibru) și extensia sau compresia finală X, puteți calcula munca depusă și energia stocată. Acest proces de însumare este o tehnică matematică numită integrare. Produce formula energetică potențială pentru un material elastic:
Energia potențială = kx2/2
Unde X este extensia și k este constantă de primăvară.
Potențial electric sau tensiune
Luați în considerare mutarea unei taxe pozitive q în cadrul unui câmp electric generat de o sarcină pozitivă mai mare Q. Din cauza forțelor repulsive electrice, este nevoie de muncă pentru a muta sarcina mai mică mai aproape de cea mai mare. Conform legii Coulombs, forța dintre acuzații în orice moment este kqQ/r2, Unde r este distanța dintre ele. În acest caz, k este constantă Coulombs, nu constantă de primăvară. Fizicienii îi denotă pe amândoi k. Calculați energia potențială luând în considerare munca necesară pentru a vă deplasa q de la infinit departe de Q la distanța sa r. Aceasta oferă ecuația energiei potențiale electrice:
Energie potențială electrică = kqQ/r
Potențialul electric este ușor diferit. Cantitatea sa de energie stocată pe unitatea de încărcare și cunoscută sub denumirea de tensiune, măsoară în volți (joules / coulomb). Ecuația potențialului electric sau a tensiunii generate de încărcare Q de la distanță r este:
Potențial electric = KQ/r