พลังงานศักย์โน้มถ่วงและยืดหยุ่น พลังงานศักย์

จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของเรา เราเข้าใจและใช้พลังงานคำว่าพลังงานเป็นสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวเสมอ ตัวอย่างเช่น สำหรับรถยนต์ในการทำงาน มันต้องการเชื้อเพลิง สำหรับมนุษย์ในการทำงานและทำงานประจำวันของพวกเขา พวกเขาต้องกิน ที่นี่เราเชื่อมโยงทั้งเชื้อเพลิงและอาหารกับพลังงาน จากนี้ไปเราจะก้าวไปสู่คำจำกัดความของพลังงานที่แม่นยำยิ่งขึ้น

 การเคลื่อนที่ของรถยนต์ คน หรือวัตถุใดๆ มีพลังงาน พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่นี้เรียกว่า พลังงานจลน์ ร่างกายที่เคลื่อนไหวซึ่งมีพลังงานจลน์สามารถทำงานโดยการสัมผัสกับวัตถุหรือวัตถุอื่นแล้วส่งพลังงานไปยังวัตถุนั้น

อย่างไรก็ตาม วัตถุที่อยู่นิ่งก็สามารถมีพลังงานได้เช่นกัน ซึ่งทำให้ไม่เพียงพอที่จะเชื่อมโยงแนวคิดเรื่องพลังงานกับการเคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น วัตถุที่อยู่นิ่งที่ความสูงระดับหนึ่งจากพื้นดินมีพลังงาน วัตถุนี้เมื่อถูกละทิ้ง เริ่มเคลื่อนที่และเพิ่มความเร็วเมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้จะเกิดขึ้น เพราะแรงของน้ำหนักทำหน้าที่และทำให้เคลื่อนที่ นั่นคือ ได้พลังงานมา จลนศาสตร์ กล่าวกันว่าวัตถุที่อยู่นิ่งมีพลังงานที่เรียกว่าพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งจะแปรผันตามความสูงของวัตถุที่สัมพันธ์กับพื้นดิน

พลังงานอีกรูปแบบหนึ่งคือพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ซึ่งมีอยู่ในสปริงที่ถูกบีบอัดหรือยืดออก เมื่อเราบีบอัดหรือยืดสปริง เราดำเนินการเพื่อให้เกิดการเสียรูปและเราสามารถสังเกตได้ว่าหลังจาก สปริงจะได้รับการเคลื่อนไหว - พลังงานจลน์ - และกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นโดยที่ไม่ยืดออกหรือ บีบอัด

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราสามารถพูดได้ว่าพลังงานจลน์คือพลังงานหรือความสามารถในการดำเนินการ งานเนื่องจากการเคลื่อนไหวและพลังงานศักย์นั้นคือพลังงานหรือความสามารถในการทำงานเนื่องจาก ตำแหน่ง.

ในกลศาสตร์ พลังงานศักย์มีอยู่สองรูปแบบ: หนึ่งที่เกี่ยวข้องกับงานน้ำหนัก เรียกว่าพลังงาน ศักย์โน้มถ่วง และอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับงานของแรงยืดหยุ่นซึ่งเป็นพลังงานศักย์ ยืดหยุ่น ทีนี้มาศึกษาพลังงานศักย์ทั้งสองรูปแบบนี้โดยละเอียด

1. พลังงานศักย์โน้มถ่วง

เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งที่ร่างกายอยู่ ดูรูปที่ 1 แล้วพิจารณามวล m เริ่มต้นที่จุด b ร่างกายอยู่ที่ความสูง h ซึ่งสัมพันธ์กับพื้นดิน a. เมื่อละทิ้งจากการพักผ่อนเนื่องจากมวลของมัน แรงน้ำหนักจะทำงานบนร่างกายและได้รับพลังงานจลน์ นั่นคือ มันเริ่มเคลื่อนไหว

งานที่น้ำหนักของทรงกลมทำให้เราสามารถวัดพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ เรามาคำนวณงานกัน

เมื่อพิจารณาจุด a เป็นจุดอ้างอิง การกระจัดจาก b ไปยัง a ถูกกำหนดโดย h โมดูลัสของน้ำหนักของแรงถูกกำหนดโดย P = m.g และ o มุมระหว่างทิศทางการใช้แรงน้ำหนักกับการกระจัด α = 0º เนื่องจากทั้งคู่อยู่ในทิศทางเดียวกัน เพียงแค่ใช้คำจำกัดความของ งาน (τ):

τ=F.d.cos⁡α

ถ้า F เท่ากับน้ำหนักของแรง P=mg การกระจัด d = h และ α = 0º (cos 0º = 1) แทนที่ในสมการ 1 เราจะได้:

τ=F.d.cos⁡α
τ=m.g.h.cos 0⁰

τ=มก.h

ดังนั้น พลังงานที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของวัตถุกับพื้น พลังงานศักย์โน้มถ่วง คำนวณโดย:

และ_พี= มก.h

สมการที่ 2: พลังงานศักย์โน้มถ่วง

เกี่ยวกับอะไร:

Ep: พลังงานศักย์โน้มถ่วง;
g: ความเร่งโน้มถ่วง;
ม.: มวลกาย.

2. พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

พิจารณาระบบมวลสปริงในรูปที่ 2 ซึ่งเรามีวัตถุที่มีมวล m ติดอยู่กับสปริงที่มีค่าคงที่ยืดหยุ่น k ในการทำให้สปริงเสียรูป เราต้องทำงาน เนื่องจากเราต้องดันหรือยืดมัน เมื่อเราทำเช่นนี้ สปริงจะได้รับพลังงานศักย์ยืดหยุ่น และเมื่อปล่อยออก จะเคลื่อนกลับไปยังตำแหน่งเริ่มต้น ซึ่งไม่มีการเสียรูป

เพื่อให้ได้สมการทางคณิตศาสตร์ของพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เราต้องดำเนินการในลักษณะเดียวกับที่เราทำกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง จากนั้น เราจะได้การแสดงออกของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่เก็บไว้ในระบบสปริงมวลโดยงานที่แรงยืดหยุ่นนั้นกระทำบนบล็อก

เมื่อระบบสปริงมวลอยู่ที่จุด A สปริงจะไม่มีการเสียรูป กล่าวคือ ไม่มีการยืดหรือบีบอัด ดังนั้น เมื่อเรายืดมันไปที่ B แรงจะปรากฏขึ้น เรียกว่า แรงยืดหยุ่น ซึ่งทำให้มันกลับสู่ A ซึ่งเป็นตำแหน่งเริ่มต้น เมื่อละทิ้ง โมดูลัสของแรงยืดหยุ่นที่กระทำโดยสปริงบนบล็อกนั้นกำหนดโดยกฎของฮุค:

เฟล = k.x

โดยที่ Fel ระบุแรงยืดหยุ่น k คือค่าคงตัวยืดหยุ่นของสปริง และ x คือค่าของการหดตัวหรือการยืดตัวของสปริง

งานของแรงยืดหยุ่นสำหรับการกระจัด d = x ถูกกำหนดโดย:

ดังนั้น พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของแรงยืดหยุ่น พลังงานศักย์ยืดหยุ่น จึงถูกกำหนดโดย:

​

เกี่ยวกับอะไร:

ปลาไหล: พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
k: ค่าคงที่สปริง;
x: การเสียรูปสปริง

สังเกตได้ว่าทรงกลมมวล m แขวนลอยสัมพันธ์กับพื้นดินและระบบมวลสปริงเมื่อยืดออกหรือ ถูกบีบอัด มีความสามารถในการทำงาน เนื่องจากมีการเก็บพลังงานไว้เนื่องจาก ตำแหน่ง. พลังงานที่สะสมไว้เนื่องจากตำแหน่งนี้เรียกว่าพลังงานศักย์

โดย นาธาน ออกุสโต
จบฟิสิกส์

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm