Потенциальная энергия

Потенциальная энергия - это накопленная или отложенная энергия объекта. Она часто контрастирует с кинетической энергией.

В физике потенциальная энергия - это энергия, которая есть у объекта в силу его положения в силовом поле или у системы в силу того, как расположены его части. К общим типам относятся гравитационно-потенциальная энергия объекта, зависящая от его вертикального положения и массы, упругая потенциальная энергия удлиненной пружины, а также электрическая потенциальная энергия заряда в электрическом поле. Блок SI для энергии - это джоуль (символ J).

Потенциальная энергия часто связана с восстанавливающими силами, такими как пружина или сила тяжести. Действие растяжения пружины или подъема массы осуществляется внешней силой, которая работает против силового поля потенциала. Эта работа хранится в силовом поле, которое, как говорят, хранится как потенциальная энергия. При снятии внешней силы силовое поле воздействует на тело для выполнения работы по возвращению тела в исходное положение, уменьшая вытягивание пружины или вызывая падение тела. Когда это происходит, потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию. Общая энергия остается неизменной благодаря закону сохранения энергии.

Физики говорят, что потенциальная энергия - это разница между энергией объекта в заданной позиции и его энергией в исходной позиции.

Простые примеры

Подъем скалы в гору увеличивает ее потенциальную энергию под действием силы тяжести. Растягивание резиновой ленты увеличивает ее эластичную потенциальную энергию, которая является одной из форм электрической потенциальной энергии. Смесь топлива и окислителя имеет химическую потенциальную энергию, которая является другой формой электрической потенциальной энергии. Батареи также обладают химической потенциальной энергией.

Виды потенциальной энергии

Существуют различные виды потенциальной энергии, каждый из которых связан с определенным типом силы.

гравитационная потенциальная энергия

Гравитационная потенциальная энергия испытывает объект, когда высота и масса являются фактором в системе. Гравитационная потенциальная энергия заставляет объекты двигаться навстречу друг другу. Если объект поднимается на определенное расстояние от поверхности Земли, то испытываемая сила обусловлена весом и высотой. Работа определяется как сила на расстоянии, а работа - это другое слово, обозначающее энергию. Потенциальная энергия, добавляемая при подъеме объекта, - это энергия:

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

где

F {\displaystyle F} это сила тяжести.

Δ h {\displaystyle \Delta h} $\Delta h$ - это изменение высоты.

или

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

Здесь, g = 9.81 m / s 2 {\textstyle g=9.81 \mathrm {m/s} ^{2}}это ${\textstyle g=9.81\ \mathrm {m/s} ^{2}}$ ускорение, вызванное гравитацией.

Суммарная работа, выполненная по гравитационной потенциальной энергии при падении объекта с позиции 1 на позицию 2, равна:

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

или

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

где

m {\displaystyle m} - это масса объекта.

h 1 {\displaystyle h_{1}}первая позиция h_1

h 2 {\displaystyle h_{2}} h_2 это вторая позиция

Электрический потенциал Энергия

Электропотенциальная энергия испытывается зарядами, как разными, так и одинаковыми, так как они отталкивают или притягивают друг друга. Заряды могут быть как положительными (+), так и отрицательными (-), когда противоположные заряды притягивают и отталкивают похожие заряды. Если два заряда находятся на определенном расстоянии друг от друга, то потенциальная энергия, накопленная между зарядами, может быть рассчитана по ним:

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

где

k {\displaystyle k} это 1/4πє (для воздуха или вакуума это 9 x 10 9 Нм 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}} 9 x 10^9 N m^2/C^2 )

Q {\displaystyle Q} это первое обвинение.

q {\displaystyle q} это второе обвинение.

r {\displaystyle r} это расстояние друг от друга.

Эластичная потенциальная энергия

Эластичная потенциальная энергия возникает, когда резиновый материал оттягивается или сжимается. Количество потенциальной энергии, которой обладает материал, зависит от расстояния, которое он вытягивает или отталкивает. Чем длиннее пройденное расстояние, тем больше эластичной потенциальной энергии имеет материал. Если материал вытягивается или отталкивается, то потенциальную энергию можно рассчитать по этой величине:

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

где

k {\displaystyle k} - это константа силы пружины (насколько хорошо материал растягивается или сжимается).

x {\displaystyle x} - это расстояние, на котором материал перемещался от своего первоначального положения.

Связанные страницы

кинетическая энергия

Вопросы и ответы

В: Что такое потенциальная энергия?

О: Потенциальная энергия - это накопленная или скрытая энергия объекта. Она часто противопоставляется кинетической энергии и представляет собой энергию, которую объект имеет благодаря своему положению в силовом поле или которую система имеет благодаря тому, как расположены ее части.

В: Каковы некоторые распространенные виды потенциальной энергии?

О: К распространенным типам потенциальной энергии относятся гравитационная потенциальная энергия, упругая потенциальная энергия и электрическая потенциальная энергия.

В: Что является единицей СИ для измерения энергии?

О: Единицей СИ для измерения энергии является джоуль (символ J).

В: Как работа накапливается в виде потенциальной энергии?

О: Работа накапливается в виде потенциальной энергии, когда она совершается внешней силой, действующей против силового поля потенциала. Эта работа затем сохраняется в силовом поле в виде потенциальной энергии.

В: Как потенциальная энергия превращается в кинетическую?

О: Когда внешняя сила, действовавшая против силового поля данного положения, снимается, это заставляет тело вернуться в исходное положение, уменьшая растяжение пружины или вызывая падение тела. В этот момент любой существующий потенциал меняется на кинетический, а общее количество остается постоянным в силу закона сохранения энергии.

В: Как физики определяют Потенциальную энергию?

О: Физики говорят, что Потенциальная энергия может быть определена как разница между энергиями объекта в данном положении и в исходном положении.