V našej každodennej skúsenosti chápeme a používame slovo energia ako niečo, čo vždy súvisí s pohybom. Napríklad na to, aby auto mohlo pracovať, potrebuje palivo, aby ľudia mohli pracovať a vykonávať svoje každodenné úlohy, ktoré musia jesť. Tu spájame palivo aj jedlo s energiou. Od tejto chvíle sa posunieme k presnejšej definícii energie.
Pohyb automobilu, osoby alebo akéhokoľvek predmetu má energiu, táto energia súvisiaca s pohybom sa nazýva kinetická energia. Pohybujúce sa telo disponujúce kinetickou energiou môže pracovať tak, že príde do kontaktu s iným telom alebo predmetom a prenesie do neho energiu.
Objekt v pokoji však môže mať aj energiu, čo znemožňuje iba súvislosť pojmu energia s pohybom. Napríklad objekt v pokoji v určitej výške od zeme má energiu. Ak je tento objekt opustený, začne s pohybom a časom sa zvyšuje rýchlosť pretože silová sila robí prácu a dáva ju do pohybu, to znamená, že získava energiu kinetika. Hovorí sa, že objekt v pokoji má energiu nazývanú gravitačná potenciálna energia, ktorá sa líši podľa výšky v pomere k zemi.
Ďalšou formou energie je elastická potenciálna energia prítomná v stlačenej alebo natiahnutej pružine. Keď stlačíme alebo natiahneme pružinu, vykonáme prácu na dosiahnutie deformácie a to môžeme pozorovať potom uvoľnená, pružina získa pohyb - kinetickú energiu - a vráti sa do svojej pôvodnej polohy, kde nebola natiahnutá resp stlačený.
Presnejšie teda môžeme povedať, že kinetická energia je energia alebo schopnosť konať práca spôsobená pohybom a touto potenciálnou energiou je energia alebo schopnosť pracovať vďaka pozíciu.
V mechanike existujú dve formy potenciálnej energie: jedna spojená s prácou s váhou, nazývaná energia gravitačný potenciál a ďalší súvisiaci s prácou elastickej sily, ktorou je potenciálna energia elastické. Teraz sa pozrime na tieto dve formy potenciálnej energie podrobnejšie.
1. Gravitačná potenciálna energia
Je to energia spojená s pozíciou, v ktorej sa telo nachádza. Pozerajte sa na obrázok 1 a zvážte teleso hmotnosti m spočiatku v pokoji v bode b. Telo je vo výške h vo vzťahu k zemi a. Keď je váhová sila opustená z pokoja, vďaka svojej hmotnosti vykonáva prácu na tele a získava kinetickú energiu, to znamená, že sa začne hýbať.
Práca, ktorú robí váha gule, nám umožňuje merať gravitačnú potenciálnu energiu, takže poďme vypočítať prácu.
Ak považujeme bod a za referenčný bod, posunutie od b do a je dané h, modul sily sily je daný P = m.g a o uhol medzi smerom pôsobenia silovej sily a posunom α = 0 °, pretože obidve sú v rovnakom smere, stačí použiť definíciu práca (τ):
τ = F.d.cosα
Ak F sa rovná silovej hmotnosti P = mg, posun d = h a α = 0 ° (cos 0 ° = 1), dosadením do rovnice 1, budeme mať:
τ = F.d.cosα
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Energia, ktorá súvisí s polohou objektu so zemou, gravitačná potenciálna energia, sa teda počíta z:
AP= m.g.h
Rovnica 2: Gravitačná potenciálna energia
Na čom:
Ep: gravitačná potenciálna energia;
g: gravitačné zrýchlenie;
m: telesná hmotnosť.
2. Elastická potenciálna energia
Uvažujme systém pružina-hmota na obrázku 2, kde máme teleso s hmotnosťou m pripevnené k pružine s elastickou konštantou k. Aby sme pružinu deformovali, musíme urobiť prácu, pretože ju musíme tlačiť alebo naťahovať. Keď to urobíme, pružina získa elastickú potenciálnu energiu a po uvoľnení sa vráti späť do svojej pôvodnej polohy, kde nedošlo k deformácii.
Aby sme získali matematické vyjadrenie elastickej potenciálnej energie, musíme postupovať rovnako ako pri gravitačnej potenciálnej energii. Potom získame vyjadrenie elastickej potenciálnej energie uloženej v systéme hmotnej pružiny prácou, ktorú elastická sila pôsobí na blok.
Keď je systém hmotnej pružiny v bode A, nedochádza k deformácii pružiny, to znamená, že nie je natiahnutá ani stlačená. Keď ho teda natiahneme na B, objaví sa sila nazývaná elastická sila, ktorá spôsobí, že sa po opustení vráti do svojej pôvodnej polohy A. Modul pružnej sily vyvíjanej pružinou na blok je daný Hookovým zákonom:
Fel = k.x
Kde Fel označuje elastickú silu, k je elastická konštanta pružiny a x je hodnota kontrakcie alebo predĺženia pružiny.
Práca pružnej sily pre posun d = x je daná vzťahom:
Energia spojená s prácou elastickej sily, elastická potenciálna energia, je teda daná tiež:
Na čom:
Úhor: elastická potenciálna energia;
k: pružinová konštanta;
x: deformácia pružiny.
Pozorovalo sa, že guľa hmotnosti m zavesená vo vzťahu k zemi a systému pružina-hmotnosť, keď sa natiahla alebo stlačené, majú schopnosť pracovať, pretože vďaka nim majú uloženú energiu pozíciu. Táto energia uložená v dôsledku polohy sa nazýva potenciálna energia.
Autor: Nathan Augusto
Vyštudoval fyziku
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm
