ჩვენი ყოველდღიური გამოცდილების განმავლობაში, 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 ჩვენ საწვავს და საკვებს ვუკავშირებთ ენერგიას. 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 კონცეფციის მოძრაობასთან დაკავშირებას. მაგალითად, მიწიდან გარკვეულ სიმაღლეზე დასვენების ობიექტს აქვს ენერგია. როდესაც ეს ობიექტი მიტოვებულია, 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 გაათავისუფლეს, 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 მოსვენებულ მდგომარეობაში. 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– ს 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):
ნუ გაჩერდები ახლა... რეკლამის შემდეგ მეტია;)
τ = F.d.cosα
თუ F ტოლია ძალის წონა P = მგ, გადაადგილება d = h და α = 0º (cos 0º = 1), 1-ით განტოლებაში ჩანაცვლებით, გვექნება:
τ = F.d.cosα
0 = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
ამრიგად, ენერგია, რომელიც უკავშირებს ობიექტის მდგომარეობას მიწასთან, გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, გამოითვლება შემდეგით:
დაპ= 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.
იმისათვის, რომ მივიღოთ ელასტიური პოტენციური ენერგიის მათემატიკური გამოხატულება, 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- ზე, ჩნდება ძალა, ე.წ. ელასტიური ძალა, რომელიც იწვევს მას მიბრუნებისას A- ს, თავდაპირველ მდგომარეობაში დაბრუნებას. ელასტიური ძალის მოდულს, რომელიც ახდენს ზამბარაზე ბლოკს, 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 გადაადგილებისთვის 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 სფერო m შეჩერებულია მიწასთან და ზამბარა 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
