Потенциална енергия

Прости примери

Издигането на камък нагоре по склона увеличава потенциалната му енергия под действието на гравитацията. Разтягането на гумена лента увеличава нейната еластична потенциална енергия, която е форма на електрическа потенциална енергия. Смес от гориво и окислител има химическа потенциална енергия, която е друга форма на електрическа потенциална енергия. Батериите също имат химическа потенциална енергия.

Видове потенциална енергия

Съществуват различни видове потенциална енергия, всяка от които е свързана с определен вид сила.

Гравитационна потенциална енергия

Гравитационната потенциална енергия се изпитва от даден обект, когато височината и масата са фактор в системата. Гравитационната потенциална енергия кара обектите да се движат един към друг. Ако даден обект се повдигне на определено разстояние от повърхността от Земята, изпитваната сила се дължи на теглото и височината. Работата се определя като сила на определено разстояние, а работата е друга дума за енергия. Потенциалната енергия, добавена при повдигането на обект, е:

U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h}

където

F {\displaystyle F} е силата на тежестта

Δ h {\displaystyle \Delta h} е промяната във височината

или

U = m g h {\displaystyle U=mgh}

Тук g = 9,81 m/s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s} ^{2}} е ускорението, дължащо се на гравитацията.

Общата работа, извършена от гравитационната потенциална енергия при падането на обект от позиция 1 в позиция 2, е:

Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}}

или

Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}}

където

m {\displaystyle m} е масата на обекта

h 1 {\displaystyle h_{1}} е първата позиция

h 2 {\displaystyle h_{2}} е втората позиция

Електрическа потенциална енергия

Електрическата потенциална енергия се изпитва от различни и еднакви заряди, които се отблъскват или привличат. Зарядите могат да бъдат положителни (+) или отрицателни (-), като противоположните заряди се привличат, а сходните се отблъскват. Ако два заряда са поставени на определено разстояние един от друг, потенциалната енергия, натрупана между зарядите, може да се изчисли по следния начин:

U = k Q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}}}

където

k {\displaystyle k} е 1/4πє (за въздух или вакуум тя е 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}} )

Q {\displaystyle Q} е първият заряд

q {\displaystyle q} е вторият заряд

r {\displaystyle r} е разстоянието между тях

Еластична потенциална енергия

Еластичната потенциална енергия се проявява, когато гумиран материал се издърпва или избутва заедно. Количеството потенциална енергия, което материалът притежава, зависи от разстоянието, на което е изтеглен или избутан. Колкото по-дълго е разстоянието на избутване, толкова по-голяма е еластичната потенциална енергия, която има материалът. Ако даден материал се издърпва или избутва, потенциалната енергия може да се изчисли по следния начин:

U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}kx^{2}}

където

k {\displaystyle k} е константата на пружинната сила (колко добре материалът се разтяга или компресира)

x {\displaystyle x} е разстоянието, на което материалът се е преместил от първоначалната си позиция

Свързани страници

• Кинетична енергия