Ikdienas pieredzē mēs saprotam un lietojam vārdu enerģija kā kaut ko vienmēr saistītu ar kustību. Piemēram, lai automašīna darbotos, tai ir nepieciešama degviela, lai cilvēki strādātu un veiktu ikdienas uzdevumus, kas viņiem jāēd. Šeit mēs saistām gan enerģiju, gan pārtiku. Turpmāk mēs virzīsimies uz precīzāku enerģijas definīciju.
Automašīnas, cilvēka vai jebkura priekšmeta kustībai ir enerģija, šo ar kustību saistīto enerģiju sauc par kinētisko enerģiju. Kustīgs ķermenis, kam piemīt kinētiskā enerģija, var paveikt darbu, nonākot saskarē ar citu ķermeni vai priekšmetu un pārnesot tam enerģiju.
Tomēr objektam, kas atrodas miera stāvoklī, var būt arī enerģija, kas padara to par nepietiekamu, lai tikai saistītu enerģijas jēdzienu ar kustību. Piemēram, objektam, kas atrodas miera stāvoklī noteiktā augstumā no zemes, ir enerģija. Šis objekts, kad tiek pamests, sāk kustību un laika gaitā palielinās ātrums, tas notiek jo svara spēks veic darbu un liek tam sākt kustību, tas ir, iegūst enerģiju kinētika. Mierīgā objektā ir enerģija, ko sauc par gravitācijas potenciālo enerģiju, kas mainās atkarībā no tā augstuma attiecībā pret zemi.
Vēl viena enerģijas forma ir elastīgā potenciālā enerģija, kas atrodas saspiestā vai izstieptajā avotā. Kad mēs saspiežam vai izstiepjam atsperi, mēs veicam darbu, lai panāktu deformāciju, un mēs to varam novērot pēc tam atbrīvots, pavasaris iegūst kustību - kinētisko enerģiju - un atgriežas sākotnējā stāvoklī, kur tas nebija izstiepts vai saspiests.
Tātad, konkrētāk, mēs varam teikt, ka kinētiskā enerģija ir enerģija vai spēja veikt darbs kustības dēļ un ka potenciālā enerģija ir enerģija vai spēja veikt darbu dēļ pozīciju.
Mehānikā ir divas potenciālās enerģijas formas: viena ir saistīta ar svara darbu, ko sauc par enerģiju gravitācijas potenciāls, un vēl viens, kas saistīts ar elastīgā spēka darbu, kas ir potenciālā enerģija elastīgs. Tagad izpētīsim šīs divas potenciālās enerģijas formas sīkāk.
1. Gravitācijas potenciālā enerģija
Tā ir enerģija, kas saistīta ar ķermeņa stāvokli. Apskatiet 1. attēlu un apsveriet m masas ķermeni sākotnēji miera stāvoklī b punktā. Ķermenis atrodas h augstumā attiecībā pret zemi a. Atstājot no atpūtas, savas masas dēļ svara spēks veic darbu pie ķermeņa un tas iegūst kinētisko enerģiju, tas ir, sāk kustēties.
Darbs, ko veic sfēras svars, ļauj mums izmērīt gravitācijas potenciālo enerģiju, tāpēc aprēķināsim darbu.
Ņemot vērā punktu a kā atskaites punktu, nobīdi no b uz a izsaka h, spēka svara moduli izsniedzot P = m.g un o leņķis starp spēka svara virzienu un pārvietojumu α = 0º, jo abi atrodas vienā virzienā, vienkārši izmantojiet darbs (τ):
τ = F.d. cosα
Ja F ir vienāds ar spēka svaru P = mg, pārvietojums d = h un α = 0º (cos 0º = 1), aizstājot 1. vienādojumu, mums būs:
τ = F.d. cosα
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Tādējādi enerģiju, kas saista objekta atrašanās vietu ar gravitācijas potenciālu enerģiju, aprēķina pēc:
UNP= m.g.h
2. vienādojums: Gravitācijas potenciālā enerģija
Uz ko:
Ep: gravitācijas potenciālā enerģija;
g: gravitācijas paātrinājums;
m: ķermeņa masa.
2. Elastīgā potenciālā enerģija
Apsveriet pavasara masas sistēmu 2. attēlā, kur mums ir ķermenis ar masu m, kas piestiprināts pie elastīgās konstantes k atsperes. Lai deformētu atsperi, mums ir jādara darbs, jo mums tas ir jāpaspiež vai jāizstiepj. Kad mēs to darām, pavasaris iegūst elastīgu potenciālu enerģiju un, atbrīvojoties, pārvietojas atpakaļ sākotnējā stāvoklī, kur nebija deformācijas.
Lai iegūtu elastīgās potenciālās enerģijas matemātisko izteiksmi, mums jāturpina tāpat kā gravitācijas potenciālās enerģijas gadījumā. Pēc tam mēs iegūsim elastīgās potenciālās enerģijas izpausmi, kas uzkrāta masas atsperes sistēmā, ar darbu, ko elastīgais spēks izdara blokam.
Kad atsperes masa atrodas punktā A, pavasarī nav deformācijas, tas ir, tā nav nedz izstiepta, nedz saspiesta. Tādējādi, kad mēs to izstiepjam līdz B, parādās spēks, ko sauc par elastīgo spēku, kas pametot liek atgriezties A, tā sākotnējā stāvoklī. Elastīgā spēka modulis, ko atsperes iedarbina uz bloku, ir noteikts Hukes likumā:
Fel = k.x
Kur Fel norāda elastīgo spēku, k ir atsperes elastīgā konstante un x ir atsperes saraušanās vai pagarinājuma vērtība.
Elastīgā spēka darbu nobīdei d = x izsaka:
Tādējādi enerģiju, kas saistīta ar elastīgā spēka, elastīgās potenciālās enerģijas darbu, dod arī:
Uz ko:
Zutis: elastīgā potenciālā enerģija;
k: pavasara konstante;
x: atsperes deformācija.
Tiek novērots, ka masas m sfēra ir suspendēta attiecībā pret zemi un atsperes masas sistēmu, kad tā ir izstiepta vai saspiestiem, ir spēja veikt darbu, jo viņu dēļ viņi ir uzkrājuši enerģiju pozīciju. Šo enerģiju, ko uzkrāj pozīcijas dēļ, sauc par potenciālo enerģiju.
Autors Neitans Augusto
Absolvējis fiziku
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm