In unserer täglichen Erfahrung verstehen und verwenden wir das Wort Energie als etwas, das immer mit Bewegung zu tun hat. Damit ein Auto zum Beispiel funktioniert, braucht es Kraftstoff, damit der Mensch arbeiten und seine täglichen Aufgaben erledigen kann, die er essen muss. Hier verbinden wir sowohl Kraftstoff als auch Nahrung mit Energie. Von nun an werden wir uns einer genaueren Definition von Energie zuwenden.
Die Bewegung eines Autos, einer Person oder eines Objekts hat Energie, diese Energie, die mit der Bewegung verbunden ist, wird kinetische Energie genannt. Ein sich bewegender Körper, der über kinetische Energie verfügt, kann Arbeit verrichten, indem er mit einem anderen Körper oder Gegenstand in Kontakt kommt und ihm Energie überträgt.
Ein ruhender Gegenstand kann jedoch auch Energie haben, weshalb es nicht ausreichend ist, den Begriff der Energie nur auf die Bewegung zu beziehen. Zum Beispiel hat ein ruhender Gegenstand in einer bestimmten Höhe vom Boden Energie. Dieses Objekt startet, wenn es verlassen wird, eine Bewegung und nimmt mit der Zeit an Geschwindigkeit zu, dies geschieht weil die Gewichtskraft eine Arbeit verrichtet und sie bewegt, das heißt, sie nimmt Energie auf Kinetik. Ein ruhender Körper hat eine Energie, die als potentielle Gravitationsenergie bezeichnet wird und die sich entsprechend seiner Höhe im Verhältnis zum Boden ändert.
Eine andere Energieform ist die elastische potentielle Energie, die in einer komprimierten oder gedehnten Feder vorhanden ist. Wenn wir eine Feder komprimieren oder dehnen, verrichten wir Arbeit, um die Verformung zu erreichen, und wir können dies beobachten, nachdem losgelassen, nimmt die Feder Bewegung - kinetische Energie - auf und kehrt in ihre Ausgangsposition zurück, in der sie nicht gedehnt wurde oder komprimiert.
Genauer gesagt können wir sagen, dass kinetische Energie die Energie oder Fähigkeit ist, Leistung zu erbringen Arbeit aufgrund von Bewegung und diese potentielle Energie ist die Energie oder Fähigkeit, Arbeit zu verrichten aufgrund von Position.
In der Mechanik gibt es zwei Formen potentieller Energie: eine, die mit Gewichtsarbeit verbunden ist, genannt Energie Gravitationspotential und ein weiteres, das sich auf die Arbeit der elastischen Kraft bezieht, die potentielle Energie elastisch. Lassen Sie uns nun diese beiden Formen potentieller Energie genauer untersuchen.
1. Gravitationspotentiale Energie
Es ist die Energie, die mit der Position verbunden ist, in der sich der Körper befindet. Betrachten Sie Abbildung 1 und betrachten Sie den Körper der Masse m zunächst in Ruhe im Punkt b. Der Körper befindet sich auf einer Höhe h in Bezug auf den Boden a. Beim Verlassen der Ruhe verrichtet die Gewichtskraft aufgrund ihrer Masse Arbeit am Körper und erhält kinetische Energie, dh er beginnt sich zu bewegen.
Die Arbeit, die das Gewicht der Kugel verrichtet, ermöglicht es uns, die potentielle Gravitationsenergie zu messen, also berechnen wir die Arbeit.
Betrachtet man Punkt a als Bezugspunkt, so ist die Verschiebung von b nach a durch h gegeben, das Kraftgewicht ist gegeben durch P = m.g und o Winkel zwischen der Einwirkungsrichtung des Kraftgewichts und der Verschiebung α = 0º, da beide in die gleiche Richtung weisen, wenden Sie einfach die Definition von an Arbeit (τ):
τ=F.d.cosα
Wenn F gleich dem Kraftgewicht P=mg, der Verschiebung d = h und α = 0º (cos 0º = 1) ist und in Gleichung 1 eingesetzt wird, erhalten wir:
τ=F.d.cosα
τ=m.g.h.cos 00
τ=m.g.h
Somit wird die Energie, die die Position eines Objekts mit dem Boden in Beziehung setzt, die potentielle Gravitationsenergie, berechnet durch:
UNDP= m.g.h
Gleichung 2: Potentielle Gravitationsenergie
Auf was:
Ep: potentielle Gravitationsenergie;
g: Erdbeschleunigung;
m: Körpermasse.
2. Elastische potentielle Energie
Betrachten Sie das Feder-Masse-System in Abbildung 2, bei dem ein Körper mit der Masse m an einer Feder der elastischen Konstanten k befestigt ist. Um die Feder zu verformen, müssen wir etwas tun, indem wir sie drücken oder dehnen. Dabei nimmt die Feder elastische potentielle Energie auf und bewegt sich beim Loslassen in ihre Ausgangslage zurück, in der keine Verformung vorlag.
Um den mathematischen Ausdruck der elastischen potentiellen Energie zu erhalten, müssen wir genauso vorgehen wie bei der gravitativen potentiellen Energie. Dann erhalten wir den Ausdruck der in einem Masse-Feder-System gespeicherten elastischen potentiellen Energie durch die Arbeit, die die elastische Kraft auf den Block ausübt.
Befindet sich das Masse-Feder-System im Punkt A, so verformt sich die Feder nicht, dh sie wird weder gedehnt noch gestaucht. Wenn wir es also nach B strecken, tritt eine Kraft auf, die elastische Kraft genannt wird, die bewirkt, dass es beim Verlassen in seine Ausgangsposition A zurückkehrt. Der Modul der elastischen Kraft, die von der Feder auf den Block ausgeübt wird, ist durch das Hookesche Gesetz gegeben:
Fel = k.x
Wobei Fel die elastische Kraft angibt, ist k die elastische Konstante der Feder und x ist der Wert der Kontraktion oder Dehnung der Feder.
Die Arbeit der elastischen Kraft für eine Verschiebung d = x ist gegeben durch:
Somit ist die mit der Arbeit der elastischen Kraft verbundene Energie, die elastische potentielle Energie, auch gegeben durch:
Auf was:
Aal: elastische potentielle Energie;
k: Federkonstante;
x: Federverformung.
Es wird beobachtet, dass die Kugel der Masse m in Bezug auf den Boden und das Feder-Masse-System aufgehängt ist, wenn sie gestreckt oder komprimiert, haben die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, da sie aufgrund ihrer Position. Diese aufgrund der Position gespeicherte Energie wird als potentielle Energie bezeichnet.
Von Nathan Augusto
Abschluss in Physik
Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm
