გრავიტაციული და ელასტიური პოტენციური ენერგია. Პოტენციური ენერგია

ჩვენი ყოველდღიური გამოცდილების დროს, ჩვენ გვესმის და ვიყენებთ სიტყვას ენერგია, როგორც ყოველთვის მოძრაობასთან დაკავშირებული რამ. მაგალითად, რომ მანქანა მუშაობდეს მას საწვავი სჭირდება, რომ ადამიანებმა იმუშაონ და შეასრულონ თავიანთი ყოველდღიური დავალებები, რომელსაც ჭამენ. აქ ასოცირდება როგორც საწვავი, ასევე საკვები ენერგიასთან. ამიერიდან ჩვენ მივდივართ ენერგიის უფრო ზუსტი განსაზღვრისკენ.

 მანქანის, ადამიანის ან ნებისმიერი საგნის მოძრაობას აქვს ენერგია, მოძრაობასთან დაკავშირებულ ამ ენერგიას კინეტიკური ენერგია ეწოდება. მოძრავ სხეულს, რომელსაც აქვს კინეტიკური ენერგია, შეუძლია სამუშაოს შესრულება სხვა სხეულთან ან ობიექტთან კონტაქტის შედეგად და მასზე ენერგიის გადაცემით.

ამასთან, დასვენების ობიექტს შეიძლება ჰქონდეს ენერგიაც, რაც მას არასაკმარისად ხდის ენერგიის ცნების მოძრაობასთან დაკავშირებას. მაგალითად, მიწიდან გარკვეულ სიმაღლეზე დასვენების ობიექტს აქვს ენერგია. ეს ობიექტი მიტოვებისას იწყებს მოძრაობას და დროთა განმავლობაში სიჩქარეს ზრდის, ეს ხდება რადგან წონის ძალა ასრულებს საქმეს და აყენებს მას მოძრაობაში, ანუ ენერგიას იძენს კინეტიკა. ამბობენ, რომ მოსვენებულ ობიექტს აქვს ენერგია, რომელსაც ეწოდება გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, რომელიც იცვლება მისი სიმაღლის მიხედვით, მიწასთან მიმართებაში.

ენერგიის კიდევ ერთი ფორმაა ელასტიური პოტენციური ენერგია, რომელიც არსებობს შეკუმშულ ან დაჭიმულ ზამბარაში. ზამბარის შეკუმშვის ან გაჭიმვისას, ჩვენ ვასრულებთ სამუშაოს დეფორმაციის მისაღწევად და ამის დაკვირვება შეგვიძლია გათავისუფლებული, გაზაფხული იძენს მოძრაობას - კინეტიკური ენერგია - და უბრუნდება საწყის მდგომარეობას, სადაც არ იყო დაჭიმული ან შეკუმშული.

ასე რომ, უფრო კონკრეტულად, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კინეტიკური ენერგია არის ენერგია ან შესრულების უნარი მუშაობა მოძრაობის გამო და რომ პოტენციური ენერგია არის ენერგია ან სამუშაოს შესრულების უნარი პოზიცია

მექანიკაში არსებობს პოტენციური ენერგიის ორი ფორმა: ერთი ასოცირდება წონის მუშაობასთან, რომელსაც ეწოდება ენერგია გრავიტაციული პოტენციალი და სხვა დაკავშირებული ელასტიური ძალის მუშაობასთან, რომელიც არის პოტენციური ენერგია ელასტიური ახლა უფრო დეტალურად შეისწავლეთ პოტენციური ენერგიის ეს ორი ფორმა.

1. გრავიტაციული პოტენციური ენერგია

ეს არის ენერგია, რომელიც ასოცირდება იმ მდგომარეობასთან, რომელშიც სხეულია. გადახედეთ ფიგურა 1-ს და გაითვალისწინეთ m მასის სხეული თავდაპირველად b წერტილში დასვენებული. სხეული მიწის სიმაღლეზეა მიწის მიმართ ა. დასვენებისგან მიტოვებისას, მასის გამო, წონის ძალა ასრულებს სხეულს და ის იძენს კინეტიკური ენერგიას, ანუ იწყებს მოძრაობას.

სამუშაო, რომელსაც აკეთებს სფეროს წონა, საშუალებას გვაძლევს გავზომოთ გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, მოდით გამოვთვალოთ სამუშაო.

A წერტილის გათვალისწინებით, b– დან a– მდე გადაადგილება მოცემულია h– ით, ძალის წონის მოდული მოცემულია P = m.g და o– ით კუთხე ძალის წონის გამოყენების მიმართულებასა და α = 0º გადაადგილებას შორის, რადგან ორივე ერთი მიმართულებით არის, გამოიყენეთ განმარტება სამუშაო (τ):

τ = F.d.cos⁡α

თუ F ტოლია ძალის წონა P = მგ, გადაადგილება d = h და α = 0º (cos 0º = 1), 1-ით განტოლებაში ჩანაცვლებით, გვექნება:

τ = F.d.cos⁡α
0 = m.g.h.cos 0⁰

τ = m.g.h

ამრიგად, ენერგია, რომელიც უკავშირებს ობიექტის მდგომარეობას მიწასთან, გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, გამოითვლება შემდეგით:

და_პ= მ.გ.ს.

განტოლება 2: გრავიტაციული პოტენციური ენერგია

რაზე:

ეპ: გრავიტაციული პოტენციური ენერგია;
ზ: გრავიტაციული აჩქარება;
მ: სხეულის მასა.

2. ელასტიური პოტენციური ენერგია

განვიხილოთ გაზაფხულის მასის სისტემა ნახაზზე 2, სადაც გვაქვს სხეული, რომლის მასა m დართულია ელასტიური მუდმივი k ზამბარაზე. ზამბარის დეფორმირებისთვის უნდა შევასრულოთ სამუშაო, რადგან უნდა გავწიოთ ან გავწიოთ იგი. როდესაც ჩვენ ამას ვაკეთებთ, ზამბარა იძენს ელასტიურ პოტენციურ ენერგიას და, გამოთავისუფლების შემდეგ, უბრუნდება საწყის მდგომარეობას, სადაც ადგილი არ ჰქონდა დეფორმაციას.

ელასტიური პოტენციური ენერგიის მათემატიკური გამოსახულების მისაღებად ჩვენ ისევე უნდა ვიმოქმედოთ, როგორც გრავიტაციული პოტენციური ენერგიისთვის. ამის შემდეგ, მივიღებთ მასა-ზამბარის სისტემაში შენახული ელასტიური პოტენციური ენერგიის გამოხატვას იმ ნამუშევრით, რომელსაც ელასტიური ძალა ახდენს ბლოკზე.

როდესაც მასა-ზამბარის სისტემა A წერტილშია, გაზაფხულზე ადგილი არა აქვს დეფორმაციას, ანუ ის არც არის დაჭიმული და არც შეკუმშული. ამრიგად, როდესაც ჩვენ მას გავწევთ B- მდე, ჩნდება ძალა, რომელსაც ელასტიური ძალა ეწოდება, რაც იწვევს მას მიტოვებისას A- ს, თავდაპირველ მდგომარეობაში დაბრუნებას. ელასტიური ძალის მოდულს, რომელსაც ახდენს ზამბარა ბლოკზე, მოცემულია ჰუკის კანონით:

ფელ = კ.ქ.

სადაც Fel მიუთითებს ელასტიკურ ძალაზე, k არის ზამბარის ელასტიური მუდმივა და x არის ზამბარის შეკუმშვის ან მოგრძოობის მნიშვნელობა.

D = x გადაადგილების ელასტიური ძალის მუშაობას იძლევა:

ამრიგად, ელასტიური ძალის, ელასტიური პოტენციური ენერგიის მუშაობასთან დაკავშირებულ ენერგიას ასევე იძლევა:

​

რაზე:

გველთევზა: ელასტიური პოტენციური ენერგია;
k: ზამბარის მუდმივა;
x: გაზაფხულის დეფორმაცია.

შეიმჩნევა, რომ მასის მ ფართობი შეჩერებულია მიწასთან და გაზაფხულის მასის სისტემასთან მიმართებაში, როდესაც დაჭიმულია ან შეკუმშული, აქვთ სამუშაოს შესრულების უნარი, რადგან მათ ენერგია შეაგროვეს მათი გამო პოზიცია პოზიციის გამო შენახულ ამ ენერგიას პოტენციურ ენერგიას უწოდებენ.

ნათან ავგუსტოს მიერ
დაამთავრა ფიზიკა

წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm