私たちの日常の経験では、エネルギーという言葉を常に動きに関連するものとして理解し、使用しています。 たとえば、車が機能するためには燃料が必要であり、人間が仕事をして日常の仕事を遂行するためには食事が必要です。 ここでは、燃料と食物の両方をエネルギーと関連付けます。 これからは、エネルギーのより正確な定義に向けて動きます。
車、人、その他の物体の動きにはエネルギーがあり、動きに関連するこのエネルギーは運動エネルギーと呼ばれます。 運動エネルギーを持っている移動体は、他の物体や物体と接触し、それにエネルギーを伝達することによって仕事をすることができます。
しかし、静止している物体にもエネルギーがある可能性があるため、エネルギーの概念を動きに関連付けるだけでは不十分です。 たとえば、地面から特定の高さで静止しているオブジェクトにはエネルギーがあります。 このオブジェクトは、放棄されると動きを開始し、時間の経過とともに速度が増加します。これは発生します 重量力が仕事をしてそれを動かす、つまりエネルギーを獲得するからです 動力学。 静止している物体は、重力ポテンシャルエネルギーと呼ばれるエネルギーを持っていると言われています。これは、地面に対する高さによって異なります。
エネルギーの別の形式は、圧縮または伸長されたばねに存在する弾性ポテンシャルエネルギーです。 ばねを圧縮または伸ばすとき、変形を実現するための作業を実行します。その後、それを観察できます。 解放されると、ばねは運動(運動エネルギー)を獲得し、伸ばされていない、または伸ばされていない初期位置に戻ります。 圧縮されています。
つまり、より具体的には、運動エネルギーは実行するエネルギーまたは能力であると言えます。 動きによる仕事とその位置エネルギーは、 ポジション。
力学では、位置エネルギーには2つの形式があります。1つはエネルギーと呼ばれる重量仕事に関連するものです。 重力ポテンシャル、およびポテンシャルエネルギーである弾性力の仕事に関連する別のもの 弾性。 それでは、これら2つの位置エネルギーの形をさらに詳しく調べてみましょう。
1. 重力ポテンシャルエネルギー
それは体がいる位置に関連するエネルギーです。 図1を見て、最初は点bで静止している質量mの物体を考えます。 体は地面に対して高さhにあります。 静止状態から離れると、その質量のために、重量力が体に働きかけ、運動エネルギーを獲得します。つまり、動き始めます。
球の重さの仕事で重力ポテンシャルエネルギーを測定できるので、仕事を計算してみましょう。
点aを基準点とすると、bからaへの変位はhで与えられ、力の重みの係数はP = m.gおよびoで与えられます。 力の重みの適用方向と変位α=0ºの間の角度は、両方とも同じ方向であるため、次の定義を適用するだけです。 仕事(τ):
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τ=F.d.cosα
Fが力の重みP = mgに等しい場合、変位d = hおよびα=0º(cos0º= 1)であり、式1に代入すると、次のようになります。
τ=F.d.cosα
τ= m.g.h.cos 00
τ= m.g.h
したがって、物体の位置を地面に関連付けるエネルギーである重力ポテンシャルエネルギーは、次のように計算されます。
そしてP= m.g.h
式2:重力ポテンシャルエネルギー
何の上に:
Ep:重力ポテンシャルエネルギー;
g:重力加速度;
m:体重。
2. 弾性ポテンシャルエネルギー
図2のばね-質量システムについて考えてみます。ここでは、弾性定数kのばねに質量mの物体が取り付けられています。 スプリングを変形させるには、スプリングを押したり伸ばしたりする必要があるため、作業を行う必要があります。 これを行うと、ばねは弾性ポテンシャルエネルギーを取得し、解放されると、変形がなかった初期位置に戻ります。
弾性ポテンシャルエネルギーの数式を取得するには、重力ポテンシャルエネルギーの場合と同じ方法で進める必要があります。 次に、弾性力がブロックに及ぼす仕事によって、質量ばねシステムに蓄積された弾性ポテンシャルエネルギーの式を取得します。
質量-ばねシステムが点Aにある場合、ばねに変形はありません。つまり、ばねは引き伸ばされたり圧縮されたりしません。 したがって、それをBに伸ばすと、弾性力と呼ばれる力が現れ、放棄されると、元の位置であるAに戻ります。 ばねによってブロックに加えられる弾性力の係数は、フックの法則によって与えられます。
Fel = k.x
ここで、Felは弾性力を示し、kはばねの弾性定数、xはばねの収縮または伸びの値です。
変位d = xの場合の弾性力の仕事は、次の式で与えられます。
したがって、弾性力の仕事に関連するエネルギーである弾性ポテンシャルエネルギーは、次の式でも与えられます。
何の上に:
ウナギ:弾性ポテンシャルエネルギー;
k:ばね定数;
x:ばねの変形。
質量mの球は、伸ばされたとき、または 彼らは彼らのためにエネルギーを蓄えているので、圧縮され、仕事をする能力を持っています ポジション。 位置によって蓄えられるこのエネルギーは、位置エネルギーと呼ばれます。
ネイサン・オーガスト
物理学を卒業