พลังงานศักย์โน้มถ่วงและยืดหยุ่น พลังงานศักย์

จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของเรา เราเข้าใจและใช้พลังงานคำว่าพลังงานเป็นสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวเสมอ ตัวอย่างเช่น สำหรับรถยนต์ในการทำงาน มันต้องการเชื้อเพลิง สำหรับมนุษย์ในการทำงานและทำงานประจำวันของพวกเขา พวกเขาต้องกิน ที่นี่เราเชื่อมโยงทั้งเชื้อเพลิงและอาหารกับพลังงาน จากนี้ไปเราจะก้าวไปสู่คำจำกัดความของพลังงานที่แม่นยำยิ่งขึ้น

 การเคลื่อนที่ของรถยนต์ คน หรือวัตถุใดๆ มีพลังงาน พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่นี้เรียกว่า พลังงานจลน์ ร่างกายที่เคลื่อนไหวซึ่งมีพลังงานจลน์สามารถทำงานโดยการสัมผัสกับวัตถุหรือวัตถุอื่นและถ่ายเทพลังงานไป

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

พลังงานอีกรูปแบบหนึ่งคือพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ซึ่งมีอยู่ในสปริงที่ถูกบีบอัดหรือยืดออก เมื่อเราบีบอัดหรือยืดสปริง เราทำงานเพื่อให้เกิดการเสียรูปและเราสามารถสังเกตได้ว่าหลังจาก 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

พลังงานศักย์โน้มถ่วงสัมพันธ์กับการทำงานของแรงน้ำหนัก

งานที่น้ำหนักของทรงกลมทำให้เราสามารถวัดพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ เรามาคำนวณงานกัน

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

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

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:

และพี= มก.h

สมการที่ 2: พลังงานศักย์โน้มถ่วง

เกี่ยวกับอะไร:

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

2. พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

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

พลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของแรงยืดหยุ่น

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 ถูกกำหนดโดย:

เกี่ยวกับอะไร:

ปลาไหล: พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
k: ค่าคงที่สปริง;
x: การเสียรูปสปริง

สังเกตได้ว่าทรงกลมมวล m แขวนลอยสัมพันธ์กับพื้นดินและระบบมวลสปริงเมื่อยืดออกหรือ ถูกบีบอัด มีความสามารถในการทำงาน เนื่องจากมีการเก็บพลังงานไว้เนื่องจาก ตำแหน่ง. พลังงานที่สะสมไว้เนื่องจากตำแหน่งนี้เรียกว่าพลังงานศักย์


โดย นาธาน ออกุสโต
จบฟิสิกส์

กฎข้อที่สองของโอห์ม: แนวคิด สูตร และแบบฝึกหัด

กฎข้อที่สองของโอห์ม: แนวคิด สูตร และแบบฝึกหัด

THE วันจันทร์กฎหมายในโอม อธิบายว่า ความยิ่งใหญ่ทางกายภาพ เกี่ยวข้องกับ ความต้านทานไฟฟ้า หนึ่ง ตัว...

read more
เบอร์ของอโวกาโดร ตัวเลขของ Avogadro แสดงถึงอะไร?

เบอร์ของอโวกาโดร ตัวเลขของ Avogadro แสดงถึงอะไร?

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 และต้นศตวรรษที่ 19 Lavosier, Proust, Dalton และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ทำ...

read more

คำอธิบายสำหรับกระแสไฟฟ้าของร่างกาย

เมื่อเราถูร่างกาย 2 ตัว เช่น เส้นผมและฟาง ตัวหนึ่งถูกทำให้เป็นไฟฟ้าในทางบวก และอีกข้างหนึ่งถูกทำใ...

read more