Energie potențială
Energia potențială este energia stocată sau reținută a unui obiect. Ea este adesea pusă în contrast cu energia cinetică.
În fizică, energia potențială este energia pe care un obiect o are datorită poziției sale într-un câmp de forțe sau pe care un sistem o are datorită modului în care sunt dispuse părțile sale. Printre tipurile obișnuite se numără energia potențială gravitațională a unui obiect care depinde de poziția sa verticală și de masă, energia potențială elastică a unui resort întins și energia potențială electrică a unei sarcini într-un câmp electric. Unitatea SI pentru energie este joule (simbol J).
Energia potențială este adesea asociată cu forțele de refacere, cum ar fi un resort sau forța de gravitație. Acțiunea de întindere a arcului sau de ridicare a masei este realizată de o forță externă care acționează împotriva câmpului de forță al potențialului. Această muncă este stocată în câmpul de forță, despre care se spune că este stocată ca energie potențială. Dacă forța exterioară este îndepărtată, câmpul de forță acționează asupra corpului pentru a efectua munca, deoarece deplasează corpul înapoi în poziția inițială, reducând întinderea resortului sau provocând căderea unui corp. Când se întâmplă acest lucru, energia potențială se transformă în energie cinetică. Energia totală rămâne aceeași datorită legii conservării energiei.
Fizicienii spun că energia potențială este diferența dintre energia unui obiect într-o anumită poziție și energia sa într-o poziție de referință.
Exemple simple
Aducerea unei pietre în sus crește energia potențială a acesteia sub acțiunea gravitației. Întinderea unei benzi de cauciuc crește energia potențială elastică a acesteia, care este o formă de energie potențială electrică. Un amestec de combustibil și oxidant are o energie potențială chimică, care este o altă formă de energie potențială electrică. Și bateriile au energie potențială chimică.
Tipuri de energie potențială
Există diferite tipuri de energie potențială, fiecare asociat cu un anumit tip de forță.
Energia potențială gravitațională
Energia potențială gravitațională este resimțită de un obiect atunci când înălțimea și masa reprezintă un factor în sistem. Energia potențială gravitațională determină obiectele să se deplaseze unele spre altele. Dacă un obiect este ridicat la o anumită distanță de la suprafața Pământului, forța resimțită este cauzată de greutate și înălțime. Lucrul este definit ca forță pe o distanță, iar lucrul este un alt cuvânt pentru energie. Energia potențială adăugată atunci când ridicați un obiect este:
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h} 
unde
F {\displaystyle F} 
este forța de gravitație
Δ h {\displaystyle \Delta h} 
este modificarea înălțimii
sau
U = m g h {\displaystyle U=mgh} 
Aici, g = 9,81 m / s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s} ^{2}}}
este accelerația datorată gravitației.
Lucrul total efectuat de energia potențială gravitațională atunci când un obiect cade din poziția 1 în poziția 2 este:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}}} 
sau
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}}} 
unde
m {\displaystyle m} 
este masa obiectului
h 1 {\displaystyle h_{1}}
este prima poziție
h 2 {\displaystyle h_{2}}
este a doua poziție
Energia potențială electrică
Energia potențială electrică este resimțită de sarcini diferite și identice, care se resping sau se atrag reciproc. Sarcinile pot fi pozitive (+) sau negative (-), unde sarcinile opuse se atrag și sarcinile similare se resping. Dacă două sarcini ar fi plasate la o anumită distanță una de cealaltă, energia potențială stocată între sarcini poate fi calculată prin:
U = k Q q q r {\displaystyle U={\frac {kQqq}{r}}}} 
unde
k {\displaystyle k}
este 1/4πє (pentru aer sau vid este 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}}}. 
)
Q {\displaystyle Q} 
este prima sarcină
q {\displaystyle q} 
este a doua sarcină
r {\displaystyle r} 
este distanța dintre ele
Energia potențială elastică
Energia potențială elastică este resimțită atunci când un material cauciucat este îndepărtat sau împins împreună. Cantitatea de energie potențială pe care o are materialul depinde de distanța la care este tras sau împins. Cu cât distanța împinsă este mai mare, cu atât mai mare este energia potențială elastică pe care o are materialul. Dacă un material este tras sau împins, energia potențială poate fi calculată prin:
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}}kx^{2}}} 
unde
k {\displaystyle k} este constanta forței elastice (cât de bine se întinde sau se comprimă materialul).
x {\displaystyle x}
este distanța la care s-a deplasat materialul față de poziția sa inițială.
Pagini conexe
- Energie cinetică
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este energia potențială?
R: Energia potențială este energia stocată sau reținută a unui obiect. Este adesea pusă în contrast cu energia cinetică și reprezintă energia pe care un obiect o are datorită poziției sale într-un câmp de forțe sau pe care un sistem o are datorită modului în care sunt dispuse părțile sale.
Î: Care sunt câteva tipuri comune de energie potențială?
R: Printre tipurile comune de energie potențială se numără energia potențială gravitațională, energia potențială elastică și energia potențială electrică.
Î: Care este unitatea SI pentru măsurarea energiei?
R: Unitatea SI pentru măsurarea energiei este joule (simbol J).
Î: Cum se stochează munca sub formă de energie potențială?
R: Munca se stochează ca potențial atunci când este efectuată de o forță externă care acționează împotriva câmpului de forță al potențialului. Această muncă este apoi stocată în câmpul de forță ca energie potențială.
Î: Cum se transformă potențialul în energie cinetică?
R: Atunci când o forță externă care lucra împotriva unui câmp de forțe al unei anumite poziții este eliminată, aceasta determină corpul să se deplaseze înapoi în poziția sa inițială, reducând orice întindere a unui resort sau determinând căderea unui corp. În acest moment, orice potențial existent se transformă în cinetic, iar cantitatea totală de ansamblu rămâne constantă datorită legii conservării energiei.
Î: Cum definesc fizicienii energia potențială?
R: Fizicienii spun că energia potențială poate fi definită ca diferența dintre energiile unui obiect într-o poziție dată și poziția de referință.
