В нашем повседневном опыте мы понимаем и используем слово энергия как нечто всегда связанное с движением. Например, чтобы машина работала, ей нужно топливо, чтобы люди работали и выполняли свои повседневные задачи, им нужно есть. Здесь мы связываем топливо и пищу с энергией. С этого момента мы перейдем к более точному определению энергии.
Движение автомобиля, человека или любого объекта имеет энергию, эта энергия, связанная с движением, называется кинетической энергией. Движущееся тело, обладающее кинетической энергией, может выполнять работу, вступая в контакт с другим телом или объектом и передавая ему энергию.
Однако покоящийся объект также может обладать энергией, поэтому недостаточно просто связать понятие энергии с движением. Например, объект, покоящийся на определенной высоте от земли, обладает энергией. Этот объект, когда его бросили, начинает движение и со временем увеличивается со скоростью, это происходит потому что сила веса выполняет свою работу и заставляет его двигаться, то есть приобретает энергию кинетика. Считается, что покоящийся объект обладает энергией, называемой потенциальной гравитационной энергией, которая изменяется в зависимости от его высоты по отношению к земле.
Другой формой энергии является упругая потенциальная энергия, присутствующая в сжатой или растянутой пружине. Когда мы сжимаем или растягиваем пружину, мы выполняем работу по достижению деформации и можем наблюдать, что после отпущена, пружина приобретает движение - кинетическую энергию - и возвращается в исходное положение, в котором она не была растянута или сжатый.
Итак, более конкретно, мы можем сказать, что кинетическая энергия - это энергия или способность выполнять работа из-за движения, и эта потенциальная энергия - это энергия или способность выполнять работу из-за должность.
В механике существует две формы потенциальной энергии: одна, связанная с работой с отягощениями, называется энергией. гравитационный потенциал, и другой, связанный с работой упругой силы, которая является потенциальной энергией эластичный. Теперь давайте изучим эти две формы потенциальной энергии более подробно.
1. Гравитационно потенциальная энергия
Это энергия, связанная с положением, в котором находится тело. Посмотрите на рисунок 1 и рассмотрите тело массы m, изначально покоящееся в точке b. Тело находится на высоте h по отношению к земле a. При выходе из состояния покоя, благодаря своей массе, сила веса выполняет работу с телом, и оно приобретает кинетическую энергию, то есть начинает двигаться.
Работа, которую выполняет вес сферы, позволяет нам измерить потенциальную энергию гравитации, поэтому давайте посчитаем работу.
Рассматривая точку a в качестве контрольной точки, смещение от b к a определяется как h, а весовой модуль силы определяется как P = m.g и o угол между направлением приложения силового груза и смещением α = 0º, поскольку оба направления находятся в одном направлении, просто примените определение работа (τ):
τ = F.d.cosα
Если F равно силе веса P = mg, смещения d = h и α = 0º (cos 0º = 1), подставив в уравнение 1, мы получим:
τ = F.d.cosα
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Таким образом, энергия, которая связывает положение объекта с землей, гравитационная потенциальная энергия, рассчитывается по формуле:
А ТАКЖЕп= m.g.h
Уравнение 2: Гравитационная потенциальная энергия
На что:
Ep: гравитационная потенциальная энергия;
g: ускорение свободного падения;
m: масса тела.
2. Упругая потенциальная энергия
Рассмотрим систему пружина-масса на рисунке 2, где у нас есть тело с массой m, прикрепленное к пружине с упругой постоянной k. Чтобы деформировать пружину, мы должны выполнить работу, так как мы должны толкать или растягивать ее. Когда мы это делаем, пружина приобретает упругую потенциальную энергию и при отпускании возвращается в исходное положение, в котором не было деформации.
Чтобы получить математическое выражение для упругой потенциальной энергии, мы должны поступить так же, как и для гравитационной потенциальной энергии. Затем мы получим выражение упругой потенциальной энергии, запасенной в системе масса-пружина, посредством работы, которую сила упругости оказывает на блок.
Когда система масса-пружина находится в точке А, в пружине нет деформации, то есть она не растягивается и не сжимается. Таким образом, когда мы растягиваем его до B, появляется сила, называемая упругой силой, которая заставляет его вернуться в A, в его исходное положение, когда его бросили. Модуль упругой силы, прилагаемой пружиной к блоку, определяется законом Гука:
Fel = k.x
Где Fel указывает силу упругости, k - постоянная упругости пружины, а x - величина сжатия или удлинения пружины.
Работа упругой силы при перемещении d = x определяется выражением:
Таким образом, энергия, связанная с работой упругой силы, упругой потенциальной энергии, также определяется выражением:
На что:
Угорь: упругая потенциальная энергия;
k: жесткость пружины;
x: деформация пружины.
Замечено, что сфера массой m, подвешенная по отношению к земле и системе пружина-масса, при растяжении или сжаты, имеют возможность выполнять работу, поскольку они накапливают энергию за счет должность. Эта энергия, накопленная благодаря положению, называется потенциальной энергией.
Натан Аугусто
Закончил факультет физики
Источник: Бразильская школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm
