Содержание
- Формула потенциальной энергии для гравитационного поля Земли
- Упругая потенциальная энергия
- Электрический потенциал или напряжение
Потенциальная энергия звучит так, как будто это просто энергия, которая не стала актуализированной, и если вы будете думать о ней, вы можете поверить, что она не реальна. Встаньте под сейф, подвешенный на 30 футов над землей, и ваше мнение может измениться. У сейфа есть потенциальная энергия из-за силы тяжести, и если кто-то перережет удерживающую его веревку, эта энергия превратится в кинетическую энергию, и к тому времени, когда сейф достигнет вас, у него будет достаточно «актуализированной» энергии, чтобы дать у тебя головная боль
Лучшее определение потенциальной энергии - это накопленная энергия, и для ее хранения требуется «работа». У физики есть определенное определение работы - работа выполняется, когда сила перемещает объект на расстояние. Работа связана с энергией. Его измеряют в джоулях в системе СИ, которые также являются единицами потенциальной и кинетической энергии. Чтобы преобразовать работу в потенциальную энергию, вы должны действовать против определенного типа силы, а их несколько. Сила может быть гравитацией, пружиной или электрическим полем. Характеристики силы определяют количество потенциальной энергии, которую вы сохраняете, работая против нее.
Формула потенциальной энергии для гравитационного поля Земли
Способ гравитации состоит в том, что два тела притягивают друг друга, но все на земле настолько мало по сравнению с самой планетой, что только гравитационное поле Земли является значительным. Если вы поднимите тело (м) над землей это тело испытывает силу, которая заставляет его ускоряться к земле. Величина силы (F), из 2-го закона Ньютона, задается F = мг, где грамм ускорение силы тяжести, которое постоянно на Земле.
Предположим, вы подняли тело на высоту час, Объем работы, которую вы выполняете, это сила × расстояние или MGH, Эта работа сохраняется в виде потенциальной энергии, поэтому уравнение потенциальной энергии для гравитационного поля Земли просто:
Гравитационная Потенциальная Энергия = MGH
Упругая потенциальная энергия
Пружины, резиновые ленты и другие эластичные материалы могут накапливать энергию, что, в сущности, и происходит, когда вы оттягиваете лук прямо перед тем, как стрелять. Когда вы растягиваете или сжимаете пружину, она оказывает противоположное усилие, действующее для восстановления пружины в ее положение равновесия. Величина силы пропорциональна расстоянию, которое вы растягиваете или сжимаетеИкс). Константа пропорциональности (К) характерен для весны. Согласно закону Хукса, F = −кх, Знак минус указывает восстанавливающую силу пружины, которая действует в направлении, противоположном тому, которое растягивает или сжимает ее.
Чтобы рассчитать потенциальную энергию, запасенную в упругом материале, вы должны признать, что сила становится больше, так как Икс увеличивается. Для бесконечно малого расстояния F постоянна. Суммируя силы всех бесконечно малых расстояний между 0 (равновесие) и окончательным расширением или сжатием ИксВы можете рассчитать проделанную работу и накопленную энергию. Этот процесс суммирования представляет собой математическую технику, называемую интеграцией. Он производит формулу потенциальной энергии для упругого материала:
Потенциальная энергия = кх2/2
где Икс это расширение и К это постоянная пружины.
Электрический потенциал или напряжение
Рассмотрите возможность перемещения положительного заряда Q в электрическом поле, создаваемом большим положительным зарядом Q, Из-за электрических сил отталкивания требуется работа, чтобы приблизить меньший заряд к большему. Согласно закону Кулона, сила между зарядами в любой точке kqQ/р2, где р это расстояние между ними. В этом случае, К постоянная кулона, а не постоянная пружины. Физики обозначают их обоих К, Вы рассчитываете потенциальную энергию, рассматривая работу, необходимую для перемещения Q от бесконечно далеко Q на расстоянии р, Это дает уравнение потенциальной электрической энергии:
Электрическая Потенциальная Энергия = kqQ/р
Электрический потенциал немного отличается. Его количество энергии, хранимой на единицу заряда, и его известное как напряжение измеряют в вольтах (джоулях / кулонах). Уравнение для электрического потенциала или напряжения, генерируемого зарядом Q На расстоянии р является:
Электрический Потенциал = кОм/р