V vsakdanjih izkušnjah razumemo in uporabljamo besedo energija kot nekaj, kar je vedno povezano z gibanjem. Na primer, da avto potrebuje gorivo, da ljudje delajo in opravljajo vsakodnevna opravila, ki jih morajo jesti. Tu gorivo in hrano povezujemo z energijo. Odslej bomo šli k natančnejši opredelitvi energije.
Gibanje avtomobila, osebe ali katerega koli predmeta ima energijo, ta energija, povezana z gibanjem, se imenuje kinetična energija. Telo, ki se giblje in ima kinetično energijo, lahko opravlja delo tako, da pride v stik z drugim telesom ali predmetom in mu prenese energijo.
Predmet v mirovanju pa ima lahko tudi energijo, zaradi česar ni dovolj le povezovanje koncepta energije z gibanjem. Na primer, predmet v mirovanju na določeni višini od tal ima energijo. Ta predmet, ko je zapuščen, začne premikati in sčasoma narašča, to se zgodi ker sila uteži opravi delo in ga naredi premikati, torej pridobiva energijo kinetika. Predmet, ki miruje, naj bi imel energijo, imenovano gravitacijsko potencialno energijo, ki se spreminja glede na njegovo višino glede na tla.
Druga oblika energije je elastična potencialna energija, ki je prisotna v stisnjeni ali raztegnjeni vzmeti. Ko stisnemo ali raztegnemo vzmet, opravimo delo, da dosežemo deformacijo in to lahko opazimo po sproščena vzmet pridobi gibanje - kinetično energijo - in se vrne v začetni položaj tam, kjer ni bila raztegnjena oz stisnjen.
Torej, natančneje, lahko rečemo, da je kinetična energija energija ali sposobnost delovanja delo zaradi gibanja in da je potencialna energija energija ali zmožnost dela zaradi položaj.
V mehaniki obstajata dve obliki potencialne energije: ena, povezana z delom z utežmi, imenovana energija gravitacijski potencial, druga pa je povezana z delovanjem elastične sile, to je potencialne energije elastična. Zdaj pa podrobneje preučimo ti dve obliki potencialne energije.
1. Gravitacijska potencialna energija
To je energija, povezana s položajem, v katerem je telo. Oglejte si sliko 1 in upoštevajte, da je masa mase m sprva v mirovanju v točki b. Telo je v višini h glede na tla a. Ko opustite počitek, zaradi svoje teže utežna sila deluje na telo in ta pridobi kinetično energijo, to pomeni, da se začne premikati.
Delo, ki ga opravi teža krogle, nam omogoča merjenje gravitacijske potencialne energije, zato izračunajmo delo.
Če upoštevamo točko a kot referenčno točko, je premik od b do a podan s h, modul sile sile pa s P = m.g in o kota med smerjo uporabe sile sile in premikom α = 0º, saj sta oba v isti smeri, samo uporabimo definicijo delo (τ):
τ = F.d.cosα
Če je F enak utežni sili P = mg, premiku d = h in α = 0º (cos 0º = 1), če nadomestimo v enačbi 1, bomo imeli:
τ = F.d.cosα
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Tako energijo, ki povezuje položaj predmeta s tlemi, Gravitacijsko potencialno energijo, izračunamo z:
INP= m.g.h
Enačba 2: Gravitacijska potencialna energija
Na čem:
Ep: gravitacijska potencialna energija;
g: gravitacijski pospešek;
m: telesna masa.
2. Elastična potencialna energija
Razmislite o sistemu vzmeti-masa na sliki 2, kjer imamo telo z maso m, pritrjeno na vzmet elastične konstante k. Da bi deformirali vzmet, moramo opraviti delo, saj ga moramo potisniti ali raztegniti. Ko to naredimo, vzmet pridobi elastično potencialno energijo in se ob sprostitvi premakne nazaj v začetni položaj, kjer ni bilo deformacije.
Da bi dobili matematični izraz elastične potencialne energije, moramo nadaljevati na enak način kot pri gravitacijski potencialni energiji. Nato bomo dobili izraz elastične potencialne energije, shranjene v masno-vzmetnem sistemu z delom, ki ga elastična sila deluje na blok.
Ko je sistem masne vzmeti v točki A, vzmeti ni deformacije, se pravi niti raztegnjeno niti stisnjeno. Tako, ko ga raztegnemo do B, se pojavi sila, imenovana elastična sila, zaradi katere se ob opustitvi vrne v A, svoj začetni položaj. Modul elastične sile, ki jo vzmet deluje na blok, je podan po Hookejevem zakonu:
Fel = k.x
Kjer Fel označuje elastično silo, je k elastična konstanta vzmeti, x pa vrednost krčenja ali raztezka vzmeti.
Delo elastične sile za premik d = x dobimo z:
Tako energijo, povezano z delovanjem elastične sile, Elastično potencialno energijo, daje tudi:
Na čem:
Jegulja: elastična potencialna energija;
k: vzmetna konstanta;
x: deformacija vzmeti.
Opaziti je, da krogla z maso m visi glede na tla in vzmetno-masni sistem, ko se raztegne oz stisnjeni, imajo zmožnost dela, saj imajo zaradi njih shranjeno energijo položaj. Ta energija, shranjena zaradi položaja, se imenuje potencialna energija.
Nathan Augusto
Diplomiral iz fizike
Vir: Brazilska šola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm
