Potenciálna energia

Potenciálna energia je uložená alebo nahromadená energia objektu. Často sa dáva do protikladu s kinetickou energiou.

Vo fyzike je potenciálna energia energia, ktorú má objekt vzhľadom na svoju polohu v silovom poli alebo ktorú má systém vzhľadom na usporiadanie svojich častí. Medzi bežné typy patrí gravitačná potenciálna energia objektu, ktorá závisí od jeho vertikálnej polohy a hmotnosti, elastická potenciálna energia predĺženej pružiny a elektrická potenciálna energia náboja v elektrickom poli. Jednotkou energie v sústave SI je joule (symbol J).

Potenciálna energia sa často spája s obnovujúcimi silami, ako je pružina alebo gravitačná sila. Pôsobenie napínania pružiny alebo zdvíhania hmoty sa vykonáva vonkajšou silou, ktorá pôsobí proti silovému poľu potenciálu. Táto práca sa ukladá v silovom poli, o ktorom sa hovorí, že je uložené ako potenciálna energia. Ak sa vonkajšia sila odstráni, silové pole pôsobí na teleso tak, že vykoná prácu, keď teleso presunie späť do východiskovej polohy, čím sa zmenší natiahnutie pružiny alebo spôsobí pád telesa. Keď sa tak stane, potenciálna energia sa zmení na kinetickú energiu. Celková energia zostáva rovnaká, pretože platí zákon zachovania energie.

Fyzici hovoria, že potenciálna energia je rozdiel medzi energiou objektu v danej polohe a jeho energiou v referenčnej polohe.

Jednoduché príklady

Keď kameň vynesiete do kopca, zvýši sa jeho potenciálna energia pôsobením gravitácie. Natiahnutie gumičky zvyšuje jej elastickú potenciálnu energiu, ktorá je formou elektrickej potenciálnej energie. Zmes paliva a okysličovadla má chemickú potenciálnu energiu, ktorá je ďalšou formou elektrickej potenciálnej energie. Aj batérie majú chemickú potenciálnu energiu.

Typy potenciálnej energie

Existujú rôzne druhy potenciálnej energie, z ktorých každá je spojená s určitým typom sily.

Gravitačná potenciálna energia

Gravitačná potenciálna energia sa prejavuje na objekte, keď je v systéme faktorom výška a hmotnosť. Gravitačná potenciálna energia spôsobuje, že sa objekty pohybujú smerom k sebe. Ak je objekt zdvihnutý do určitej vzdialenosti od povrchu od Zeme, pôsobiaca sila je spôsobená hmotnosťou a výškou. Práca je definovaná ako sila na určitú vzdialenosť a práca je iný výraz pre energiu. Pri zdvíhaní predmetu sa pridáva potenciálna energia:

U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h} U = F \Delta h

kde

F {\displaystyle F}F je gravitačná sila

Δ h {\displaystyle \Delta h}\Delta hje zmena výšky

alebo

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

Tu je g = 9,81 m/s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s} ^{2}}{\textstyle g=9.81\ \mathrm {m/s} ^{2}}je gravitačné zrýchlenie.

Celková práca vykonaná gravitačnou potenciálnou energiou pri páde predmetu z polohy 1 do polohy 2 je:

Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}} \Delta W = U_1-U_2

alebo

Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}} \Delta W = mgh_1-mgh_2

kde

m {\displaystyle m}m je hmotnosť objektu

h 1 {\displaystyle h_{1}}h_1je prvá pozícia

h 2 {\displaystyle h_{2}}h_2je druhá pozícia

Elektrická potenciálna energia

Elektrická potenciálna energia sa prejavuje pri rôznych a rovnakých nábojoch, ktoré sa navzájom odpudzujú alebo priťahujú. Náboje môžu byť buď kladné (+), alebo záporné (-), pričom opačné náboje sa priťahujú a podobné odpudzujú. Ak by sa dva náboje umiestnili do určitej vzdialenosti od seba, potenciálnu energiu uloženú medzi nábojmi možno vypočítať takto:

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

kde

k {\displaystyle k}k je 1/4πє (pre vzduch alebo vákuum je to 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}} 9 x 10^9 N m^2/C^2)

Q {\displaystyle Q}Qje prvý náboj

q {\displaystyle q}qje druhý náboj

r {\displaystyle r}r je vzdialenosť od seba

Pružná potenciálna energia

Pružná potenciálna energia sa prejavuje, keď sa gumený materiál odťahuje alebo tlačí k sebe. Množstvo potenciálnej energie, ktorú má materiál, závisí od vzdialenosti, na ktorú sa ťahá alebo tlačí. Čím dlhšia je tlačená vzdialenosť, tým väčšiu elastickú potenciálnu energiu materiál má. Ak je materiál ťahaný alebo tlačený, potenciálnu energiu možno vypočítať:

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

kde

k {\displaystyle k}k je konštanta sily pružiny (ako dobre sa materiál roztiahne alebo stlačí)

x {\displaystyle x}x je vzdialenosť, o ktorú sa materiál posunul od svojej pôvodnej polohy

Súvisiace stránky

  • Kinetická energia

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to potenciálna energia?


Odpoveď: Potenciálna energia je uložená alebo nahromadená energia objektu. Často sa dáva do protikladu s kinetickou energiou a je to energia, ktorú má objekt vzhľadom na svoju polohu v silovom poli alebo ktorú má systém vzhľadom na spôsob usporiadania jeho častí.

Otázka: Aké sú niektoré bežné typy potenciálnej energie?


Odpoveď: Medzi bežné typy potenciálnej energie patrí gravitačná potenciálna energia, elastická potenciálna energia a elektrická potenciálna energia.

Otázka: Aká je jednotka SI na meranie energie?


Odpoveď: Jednotkou SI na meranie energie je joule (symbol J).

Otázka: Ako sa práca ukladá ako potenciálna energia?


Odpoveď: Práca sa uloží ako potenciálna energia, keď ju vykoná vonkajšia sila, ktorá pôsobí proti silovému poľu potenciálu. Táto práca sa potom uloží v silovom poli ako potenciálna energia.

Otázka: Ako sa potenciál mení na kinetickú energiu?


Odpoveď: Keď sa odstráni vonkajšia sila, ktorá pôsobila proti silovému poľu danej polohy, spôsobí to, že sa teleso vráti do svojej počiatočnej polohy, čím sa zmenší akékoľvek natiahnutie pružiny alebo teleso spadne. V tomto okamihu sa akýkoľvek existujúci potenciál zmení na kinetický a celkové množstvo zostane konštantné v dôsledku zákona zachovania energie.

Otázka: Ako fyzici definujú potenciálnu energiu?


Odpoveď: Fyzici hovoria, že potenciálnu energiu možno definovať ako rozdiel medzi energiami objektu v danej polohe a referenčnej polohe.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3