У своєму щоденному досвіді ми розуміємо і використовуємо слово енергія як щось, що завжди пов'язане з рухом. Наприклад, для того, щоб машина працювала, їй потрібно паливо, щоб люди працювали та виконували свої повсякденні завдання, які вони повинні їсти. Тут ми пов’язуємо як паливо, так і їжу з енергією. Відтепер ми рухатимемось до більш точного визначення енергії.
Рух автомобіля, людини чи будь-якого предмета має енергію, ця енергія, пов’язана з рухом, називається кінетичною енергією. Тіло, що рухається, володіючи кінетичною енергією, може виконувати роботу, контактуючи з іншим тілом або предметом і передаючи йому енергію.
Однак об'єкт у спокої також може мати енергію, що робить недостатнім лише співвідношення поняття енергії з рухом. Наприклад, предмет, що перебуває в спокої на певній висоті від землі, має енергію. Цей об'єкт, коли його кидають, починає рух і з часом збільшує швидкість, це відбувається оскільки сила ваги робить роботу і змушує її рухатися, тобто набуває енергію кінетика. Кажуть, що об’єкт у спокої має енергію, яка називається гравітаційною потенціальною енергією, яка змінюється залежно від його висоти відносно землі.
Іншою формою енергії є пружна потенційна енергія, присутня в стиснутій або розтягнутій пружині. Коли ми стискаємо або розтягуємо пружину, ми виконуємо роботу, щоб досягти деформації, і ми можемо спостерігати це після звільнившись, пружина набуває руху - кінетичної енергії - і повертається у вихідне положення там, де вона не була розтягнута або стиснута.
Отже, більш конкретно, ми можемо сказати, що кінетична енергія - це енергія або здатність виконувати робота за рахунок руху і що потенційна енергія - це енергія або здатність виконувати роботу завдяки положення.
У механіці існує дві форми потенційної енергії: одна, пов’язана з роботою під вагою, називається енергією гравітаційний потенціал, а інший пов’язаний з роботою сили пружності, яка є потенційною енергією еластичний. А тепер давайте вивчимо ці дві форми потенційної енергії більш докладно.
1. Гравітаційна потенційна енергія
Це енергія, пов’язана з положенням, в якому знаходиться тіло. Подивіться на малюнок 1 і розгляньте тіло масою m спочатку в стані спокою в точці b. Тіло знаходиться на висоті h відносно землі a. При відмові від відпочинку завдяки своїй масі сила ваги виконує роботу над тілом і воно набуває кінетичну енергію, тобто починає рухатися.
Робота, яку робить вага кулі, дозволяє нам виміряти гравітаційну потенційну енергію, тому давайте обчислимо роботу.
Враховуючи точку а як контрольну точку, зсув від b до a задається h, модуль сили сили - P = m.g та o кут між напрямком прикладання сили ваги та переміщенням α = 0º, оскільки обидва знаходяться в одному напрямку, просто застосуйте визначення робота (τ):
Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)
τ = F.d.cosα
Якщо F дорівнює силовій вазі P = mg, переміщенню d = h і α = 0º (cos 0º = 1), підставивши в рівняння 1, ми матимемо:
τ = F.d.cosα
τ = m.g.h.cos 00
τ = м.г.ч
Таким чином, енергія, яка пов’язує положення об’єкта із землею, Гравітаційна потенційна енергія, обчислюється за формулою:
ІP= м.г.ч
Рівняння 2: Гравітаційна потенційна енергія
Про те, що:
Ep: гравітаційна потенційна енергія;
g: гравітаційне прискорення;
м: маса тіла.
2. Пружна потенційна енергія
Розглянемо систему пружини-маси на малюнку 2, де ми маємо тіло масою m, прикріплене до пружини пружної константи k. Щоб деформувати пружину, ми повинні виконати роботу, оскільки ми повинні її натиснути або розтягнути. Коли ми це робимо, пружина набуває еластичну потенційну енергію і, звільнившись, повертається у вихідне положення, де не було деформації.
Для того, щоб отримати математичний вираз еластичної потенціальної енергії, ми повинні діяти так само, як і для гравітаційної потенційної енергії. Тоді ми отримаємо вираз еластичної потенціальної енергії, що зберігається в системі пружини маси, завдяки роботі сили пружності на блок.
Коли система пружини маси знаходиться в точці А, у пружини немає деформації, тобто вона не розтягується і не стискається. Таким чином, коли ми розтягуємо його до В, з’являється сила, звана пружною силою, яка змушує її повернутися в А, у своє початкове положення, коли від неї відмовляються. Модуль сили пружності, яка діє на пружину на блок, заданий законом Гука:
Почуття = k.x
Де Fel вказує силу пружності, k - постійна пружності пружини, а x - величина стискання або видовження пружини.
Робота сили пружності для зміщення d = x задається формулою:
Таким чином, енергія, пов’язана з роботою сили пружності, Еластична потенційна енергія, також визначається:
Про те, що:
Вугор: пружна потенційна енергія;
k: постійна пружини;
х: деформація пружини.
Помічено, що сфера маси m підвішена по відношенню до землі і пружинно-масової системи при розтягуванні або стиснуті, мають здатність виконувати роботу, оскільки завдяки цьому вони накопичують енергію положення. Ця енергія, що зберігається завдяки позиції, називається потенційною енергією.
Натан Августо
Закінчив фізику
