В ежедневния си опит ние разбираме и използваме думата енергия като нещо, винаги свързано с движението. Например, за да работи една кола, тя се нуждае от гориво, за да работят хората и да изпълняват ежедневните си задачи, които трябва да ядат. Тук свързваме както горивата, така и храната с енергията. Отсега нататък ще преминем към по-точно определение на енергията.
Движението на автомобил, човек или някакъв предмет има енергия, тази енергия, свързана с движението, се нарича кинетична енергия. Движещо се тяло, притежаващо кинетична енергия, може да свърши работа, като влезе в контакт с друго тяло или предмет и прехвърли енергия към него.
Обаче обектът в покой може също да има енергия, което го прави недостатъчен само за да се свърже понятието за енергия с движението. Например обект в покой на определена височина от земята има енергия. Този обект, когато бъде изоставен, започва движение и увеличава скоростта си с течение на времето, това се случва защото силата на тежестта върши работа и я кара да се движи, тоест придобива енергия кинетика. Казва се, че обектът в покой има енергия, наречена гравитационна потенциална енергия, която варира според височината си спрямо земята.
Друга форма на енергия е еластичната потенциална енергия, налична в компресирана или опъната пружина. Когато компресираме или опъваме пружина, ние извършваме работа за постигане на деформация и можем да я наблюдаваме след това освободена, пружината придобива движение - кинетична енергия - и се връща в първоначалното си положение, където не е била опъната или компресиран.
Така че, по-конкретно, можем да кажем, че кинетичната енергия е енергията или способността за изпълнение работа поради движение и че потенциалната енергия е енергията или способността за извършване на работа поради позиция.
В механиката има две форми на потенциална енергия: една, свързана с работа с тежести, наречена енергия гравитационен потенциал, а друга, свързана с работата на еластичната сила, която е потенциалната енергия еластична. Сега нека разгледаме тези две форми на потенциална енергия по-подробно.
1. Гравитационна потенциална енергия
Това е енергията, свързана с позицията, в която се намира тялото. Погледнете фигура 1 и разгледайте тялото с маса m първоначално в покой в точка b. Тялото е на височина h спрямо земята a. Когато е изоставен от покой, поради своята маса, силата на тежестта извършва работа върху тялото и то придобива кинетична енергия, тоест започва да се движи.
Работата, която извършва теглото на сферата, ни позволява да измерим гравитационната потенциална енергия, така че нека изчислим работата.
Като се има предвид точка a като отправна точка, изместването от b към a се дава чрез h, като модулът на силовото тегло се дава от P = m.g и o ъгъл между посоката на прилагане на силата на тежестта и изместването α = 0º, тъй като и двете са в една и съща посока, просто приложете дефиницията на работа (τ):
τ = F.d.cosα
Ако F е равно на силовото тегло P = mg, изместването d = h и α = 0º (cos 0º = 1), замествайки в уравнение 1, ще имаме:
τ = F.d.cosα
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
По този начин енергията, която свързва позицията на даден обект със земята, Гравитационната потенциална енергия, се изчислява по:
ИP= m.g.h
Уравнение 2: Гравитационна потенциална енергия
На какво:
Ep: гравитационна потенциална енергия;
g: гравитационно ускорение;
m: телесна маса.
2. Еластична потенциална енергия
Да разгледаме системата пружина-маса на фигура 2, където имаме тяло с маса m, прикрепено към пружина с еластична константа k. За да деформираме пружината, трябва да свършим работа, тъй като трябва да я бутаме или разтягаме. Когато правим това, пружината придобива еластична потенциална енергия и когато се освободи, се връща в първоначалното си положение, където не е имало деформация.
За да получим математическия израз на еластичната потенциална енергия, трябва да продължим по същия начин, както направихме за гравитационната потенциална енергия. След това ще получим израза на еластичната потенциална енергия, съхранявана в масова пружинна система, чрез работата, която еластичната сила упражнява върху блока.
Когато масово-пружинната система е в точка А, няма деформация през пружината, тоест тя не е нито опъната, нито компресирана. По този начин, когато го разтегнем до B, се появява сила, наречена еластична сила, която я кара да се върне в A, първоначалното си положение, когато бъде изоставена. Модулът на еластичната сила, упражнявана от пружината върху блока, е даден от закона на Хук:
Fel = k.x
Когато Fel показва еластичната сила, k е константата на еластичност на пружината, а x е стойността на свиването или удължението на пружината.
Работата на еластичната сила за изместване d = x се дава от:
По този начин енергията, свързана с работата на еластичната сила, еластична потенциална енергия, също се дава от:
На какво:
Змиорка: еластична потенциална енергия;
k: пружинна константа;
x: деформация на пружината.
Забелязва се, че сферата с маса m окачена спрямо земята и системата пружина-маса, когато е опъната или компресирани, имат способността да вършат работа, тъй като са натрупали енергия поради тяхната позиция. Тази енергия, съхранявана поради позицията, се нарича Потенциална енергия.
От Нейтън Аугусто
Завършва физика
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm
