Päivittäisessä kokemuksessamme ymmärrämme ja käytämme sanaa energia aina liikkeeseen liittyvänä. Esimerkiksi auton toimimiseen tarvitaan polttoainetta, jotta ihmiset voisivat työskennellä ja suorittaa päivittäiset tehtävänsä, jotka heidän on syötävä. Tässä yhdistämme sekä polttoaineen että ruoan energiaan. Tästä eteenpäin siirrymme kohti energian tarkempaa määrittelyä.
Auton, henkilön tai minkä tahansa kohteen liikkeessä on energiaa, tätä liikkeeseen liittyvää energiaa kutsutaan kineettiseksi energiaksi. Liikkuva runko, jolla on kineettistä energiaa, voi tehdä työtä joutumalla kosketukseen toisen ruumiin tai kohteen kanssa ja siirtämällä siihen energiaa.
Lepotilassa olevalla esineellä voi kuitenkin olla myös energiaa, mikä tekee siitä riittämätöntä vain liittää energian käsite liikkeeseen. Esimerkiksi esineellä, joka on levossa tietyllä korkeudella maasta, on energiaa. Kun tämä kohde hylätään, se aloittaa liikkeen ja kasvaa nopeudella ajan myötä koska painovoima tekee työn ja saa sen liikkumaan, eli se saa energiaa kinetiikka. Levossa olevalla esineellä sanotaan olevan energiaa, jota kutsutaan gravitaatiopotentiaaliksi, joka vaihtelee sen korkeuden mukaan maahan nähden.
Toinen energiamuoto on elastinen potentiaalienergia, joka on läsnä puristetussa tai venytetyssä jousessa. Kun puristamme tai venytämme jousta, teemme työtä muodonmuutoksen saavuttamiseksi ja voimme havaita sen jälkeen vapautettu, jousi saa liikkeen - kineettisen energian - ja palaa alkuperäiseen asentoonsa, jossa sitä ei venytetty tai pakattu.
Joten voimme tarkemmin sanoa, että kineettinen energia on energia tai kyky suorittaa työ liikkeen takia ja että potentiaalinen energia on energia tai kyky tehdä työtä johtuen asentoon.
Mekaniikassa on kaksi potentiaalienergian muotoa: yksi liittyy painotyöhön, energiaa painovoima, ja toinen liittyy elastisen voiman työhön, joka on potentiaalinen energia joustava. Tutkitaan nyt näitä potentiaalienergian muotoja yksityiskohtaisemmin.
1. Gravitaatiopotentiaalienergia
Se on energiaa, joka liittyy kehon asemaan. Katso kuvaa 1 ja ota huomioon massan m alkuosa levossa kohdassa b. Runko on korkeudella h suhteessa maahan a. Kun se hylätään levosta, massansa vuoksi painovoima tekee työtä keholle ja se saa kineettisen energian eli alkaa liikkua.
Pallon painon tekemä työ antaa meille mahdollisuuden mitata painovoiman potentiaalienergiaa, joten lasketaan työ.
Kun piste a on vertailupiste, siirtymä b: stä a: hen saadaan h: llä, jolloin voimapainomoduuli annetaan P = m.g ja o kulma voimapainon kohdistussuunnan ja siirtymän välillä α = 0º, koska molemmat ovat samassa suunnassa, käytä vain työ (τ):
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
τ = F.d. cososa
Jos F on yhtä suuri kuin voimapaino P = mg, siirtymä d = h ja α = 0º (cos 0º = 1), korvaamalla yhtälössä 1, saadaan:
τ = F.d. cososa
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Siten energia, joka suhteuttaa kohteen sijainnin maahan, gravitaatiopotentiaalienergia, lasketaan seuraavasti:
JAP= m.g.h
Yhtälö 2: Gravitaation potentiaalienergia
Mistä:
Ep: gravitaatiopotentiaalienergia;
g: gravitaatiokiihtyvyys;
m: ruumiin massa.
2. Elastinen potentiaalinen energia
Tarkastellaan kuvan 2 jousimassajärjestelmää, jossa meillä on massa m-kappale kiinnitettynä elastisen vakion k jouseen. Jousen vääristämiseksi meidän on tehtävä työtä, koska meidän on työnnettävä tai venytettävä sitä. Kun teemme tämän, jousi saa elastisen potentiaalienergian ja vapautuessaan liikkuu takaisin alkuasentoonsa, jossa ei ollut muodonmuutoksia.
Saadaksemme elastisen potentiaalienergian matemaattisen ilmaisun meidän on toimittava samalla tavalla kuin gravitaatiopotentiaalienergialla. Sitten saadaan massa-jousijärjestelmään varastoidun elastisen potentiaalienergian ilmentymä työllä, jonka elastinen voima kohdistuu lohkoon.
Kun massa-jousijärjestelmä on kohdassa A, jousessa ei ole muodonmuutoksia, toisin sanoen sitä ei ole venytetty eikä puristettu. Siten kun venytämme sen B: ksi, ilmestyy voima, jota kutsutaan joustavaksi voimaksi, joka saa sen palaamaan A: han, alkuperäiseen asentoonsa, kun se hylätään. Jousen lohkoon kohdistaman elastisuusvoiman moduuli on annettu Hooken lailla:
Fel = k.x
Missä Fel osoittaa joustavuutta, k on jousen joustovakio ja x on jousen supistumisen tai venymän arvo.
Joustavuuden voima siirtymälle d = x saadaan seuraavasti:
Niinpä joustavan voiman, elastisen potentiaalienergian, työhön liittyvän energian antaa myös:
Mistä:
Ankerias: joustava potentiaalienergia;
k: jousivakio;
x: jousen muodonmuutos.
Havaitaan, että massapallo m ripustui suhteessa maahan ja jousimassajärjestelmään venytettynä tai on pakattu, heillä on kyky tehdä työtä, koska heillä on varastoitua energiaa niiden vuoksi asentoon. Tätä sijainnin vuoksi varastoitua energiaa kutsutaan potentiaaliseksi energiaksi.
Kirjoittanut Nathan Augusto
Valmistunut fysiikasta
