У свом свакодневном искуству реч енергију схватамо и користимо као нешто што је увек повезано са кретањем. На пример, да би аутомобил могао да ради, гориво му треба, а људима да раде и извршавају своје свакодневне задатке које морају да једу. Овде гориво и храну повезујемо са енергијом. Од сада ћемо кренути ка прецизнијој дефиницији енергије.
Кретање аутомобила, особе или било ког предмета има енергију, та енергија везана за кретање назива се кинетичка енергија. Тело у покрету, које поседује кинетичку енергију, може да ради тако што долази у контакт са другим телом или предметом и преноси му енергију.
Међутим, објекат који мирује такође може имати енергију, што га чини недовољним само да повеже појам енергије са кретањем. На пример, објекат који мирује на одређеној висини од тла има енергију. Када се тај објекат напусти, покреће се и временом повећава брзину, то се дешава јер сила тежине ради посао и покреће га, односно стиче енергију кинетика. Каже се да објекат у мировању има енергију која се назива гравитациона потенцијална енергија и која варира у зависности од његове висине у односу на земљу.
Други облик енергије је еластична потенцијална енергија, присутна у стиснутој или растегнутој опрузи. Када сабијемо или истегнемо опругу, радимо на постизању деформације и то можемо приметити после пуштен, опруга стиче кретање - кинетичку енергију - и враћа се у почетни положај тамо где није била истегнута или стиснут.
Дакле, конкретније, можемо рећи да је кинетичка енергија енергија или способност извођења рад услед кретања и да је потенцијална енергија енергија или способност обављања посла због положај.
У механици постоје два облика потенцијалне енергије: један повезан са радом на теговима, који се назива енергија гравитациони потенцијал, а друга везана за рад еластичне силе, а то је потенцијална енергија еластичан. Сада детаљније проучимо ова два облика потенцијалне енергије.
1. Гравитациона потенцијална енергија
То је енергија повезана са положајем у којем се налази тело. Погледајте слику 1 и размотрите тело масе м које је у почетку мировало у тачки б. Тело је на висини х у односу на тло а. Када се напусти из мировања, због своје масе сила тежине врши рад на телу и оно стиче кинетичку енергију, односно почиње да се креће.
Посао који чини тежина сфере омогућава нам мерење гравитационе потенцијалне енергије, па израчунајмо рад.
Узимајући у обзир тачку а као референтну тачку, померање од б до а дато је са х, модул тежине силе дат је са П = м.г и о угао између смера примене силе и померања α = 0º, јер су оба у истом смеру, само примените дефиницију рад (τ):
Не заустављај се сада... После оглашавања има још;)
τ = Ф.д.цосα
Ако је Ф једнако тежини силе П = мг, помаку д = х и α = 0º (цос 0º = 1), замењујући у једначини 1, имаћемо:
τ = Ф.д.цосα
τ = м.г.х.цос 00
τ = м.г.х
Дакле, енергија која повезује положај објекта са земљом, Гравитациона потенцијална енергија, израчунава се на основу:
ИП.= м.г.х
Једначина 2: Гравитациона потенцијална енергија
На шта:
Еп: гравитациона потенцијална енергија;
г: гравитационо убрзање;
м: телесна маса.
2. Еластична потенцијална енергија
Размотримо систем опружне масе на слици 2, где имамо тело са масом м прикачено на опругу еластичне константе к. Да бисмо деформисали опругу, морамо обавити посао јер је морамо гурати или истезати. Када то учинимо, опруга добија еластичну потенцијалну енергију и када се отпусти, враћа се у почетни положај, где није било деформације.
Да бисмо добили математички израз еластичне потенцијалне енергије, морамо поступити на исти начин као и за гравитациону потенцијалну енергију. Тада ћемо добити израз еластичне потенцијалне енергије ускладиштене у систему опруге масе радом који еластична сила врши на блок.
Када је систем опруге маса у тачки А, у опрузи нема деформације, односно није ни растегнут ни стиснут. Дакле, када га развучемо до Б, појављује се сила, која се назива еластична сила, због чега се враћа у А, свој почетни положај, када је напуштена. Модул еластичне силе коју опруга делује на блок дат је Хоокеовим законом:
Осећај = к.к
Тамо где Фел указује на еластичну силу, к је еластична константа опруге, а к вредност контракције или издужења опруге.
Рад еластичне силе за помак д = к дат је са:
Дакле, енергију повезану са радом еластичне силе, Еластичне потенцијалне енергије, даје такође:
На шта:
Јегуља: еластична потенцијална енергија;
к: константа опруге;
х: деформација опруге.
Примећује се да је сфера масе м окачена у односу на земљу и систем опруга-маса, када се истегне или компримовани, имају способност да обављају посао, јер су због тога ускладиштили енергију положај. Ова енергија ускладиштена због положаја назива се потенцијална енергија.
Натхан Аугусто
Дипломирао физику
