I vår dagliga erfarenhet förstår vi och använder ordet energi som något som alltid är relaterat till rörelse. Till exempel, för att en bil ska fungera behöver den bränsle, för människor att arbeta och utföra sina dagliga uppgifter de måste äta. Här associerar vi både bränsle och mat med energi. Från och med nu kommer vi att gå mot en mer exakt definition av energi.
Rörelsen av en bil, en person eller något föremål har energi, denna energi relaterad till rörelse kallas kinetisk energi. En rörlig kropp som har kinetisk energi kan göra arbete genom att komma i kontakt med en annan kropp eller ett annat föremål och överföra energi till den.
Men ett föremål i vila kan också ha energi, vilket gör det otillräckligt bara för att relatera begreppet energi till rörelse. Till exempel har ett föremål i vila i en viss höjd från marken energi. Detta objekt, när det överges, startar en rörelse och ökar i hastighet över tiden, detta inträffar eftersom viktkraften gör ett jobb och får den att röra sig, det vill säga den förvärvar energi kinetik. Ett vilande objekt sägs ha en energi som kallas gravitationspotentialenergi, som varierar beroende på dess höjd i förhållande till marken.
En annan form av energi är elastisk potentiell energi, närvarande i en komprimerad eller sträckt fjäder. När vi komprimerar eller sträcker en fjäder utför vi arbete för att uppnå deformationen och vi kan observera det efter släpps, förvärvar fjädern rörelse - kinetisk energi - och återgår till sin ursprungliga position där den inte sträcktes eller komprimerad.
Så mer specifikt kan vi säga att kinetisk energi är energin eller förmågan att utföra arbete på grund av rörelse och att potentiell energi är energin eller förmågan att utföra arbete på grund av placera.
I mekanik finns det två former av potentiell energi: en associerad med viktarbete, kallad energi gravitationspotential, och en annan relaterad till arbetet med den elastiska kraften, som är den potentiella energin elastisk. Låt oss nu studera dessa två former av potentiell energi mer detaljerat.
1. Potentiell gravitationsenergi
Det är energin som är förknippad med den position där kroppen är. Titta på figur 1 och betrakta masskroppen m från början i vila vid punkt b. Kroppen är på en höjd h i förhållande till marken a. När den överges från vila, på grund av dess massa, utför viktkraften arbete på kroppen och den förvärvar kinetisk energi, det vill säga den börjar röra sig.
Det arbete som sfärens vikt gör gör att vi kan mäta gravitationell potentialenergi, så låt oss beräkna arbetet.
Med tanke på punkt a som referenspunkt ges förskjutningen från b till a av h, varvid kraftviktsmodulen ges av P = m.g och o vinkel mellan anbringningsriktningen för kraftvikten och förskjutningen α = 0º, eftersom båda är i samma riktning, använd bara definitionen av arbete (τ):
t = F.d. kosos
Om F är lika med kraftvikten P = mg, deplacementet d = h och α = 0º (cos 0º = 1), som ersätter ekvation 1, har vi:
t = F.d. kosos
τ = m.g.h.cos 00
τ = m.g.h
Således beräknas den energi som relaterar ett objekts position till marken, Gravitational Potential Energy, av:
OCHP= m.g.h
Ekvation 2: Gravitationspotentialenergi
På vad:
Ep: gravitationell potentiell energi;
g: gravitationsacceleration;
m: kroppsmassa.
2. Elastisk potentiell energi
Tänk på fjädermassasystemet i figur 2, där vi har en kropp med massa m fäst vid en fjäder med elastisk konstant k. För att deformera våren måste vi göra ett jobb eftersom vi måste skjuta eller sträcka den. När vi gör detta får fjädern elastisk potentialenergi och när den släpps, flyttar den tillbaka till sitt ursprungliga läge, där det inte fanns någon deformation.
För att få det matematiska uttrycket för den elastiska potentialenergin, måste vi fortsätta på samma sätt som vi gjorde för gravitationspotentialenergin. Sedan kommer vi att få uttryck för den elastiska potentiella energin som lagras i ett massfjädersystem genom det arbete som den elastiska kraften utövar på blocket.
När massfjädersystemet befinner sig vid punkt A sker ingen deformation på fjädern, det vill säga det är varken sträckt eller komprimerat. Således, när vi sträcker det till B, dyker det upp en kraft, kallad elastisk kraft, som får den att återgå till A, dess ursprungliga position, när den överges. Modulen för den elastiska kraften som fjädern utövar på blocket ges av Hookes lag:
Fel = k.x
Där Fel indikerar den elastiska kraften är k fjäderns elastiska konstant och x värdet på fjäderns sammandragning eller förlängning.
Arbetet med den elastiska kraften för en förskjutning d = x ges av:
Således ges den energi som är associerad med den elastiska kraftens arbete, Elastic Potential Energy, också av:
På vad:
Ål: elastisk potentiell energi;
k: fjäderkonstant;
x: fjäderdeformation.
Det observeras att masskulan m hänger i förhållande till marken och fjädermassasystemet, när den sträcks eller komprimerade, har förmågan att utföra arbete, eftersom de har lagrat energi på grund av sina placera. Denna energi som lagras på grund av position kallas Potential Energy.
Av Nathan Augusto
Examen i fysik
Källa: Brazil School - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm