Δυναμική ενέργεια
Η δυνητική ενέργεια είναι η αποθηκευμένη ή συσσωρευμένη ενέργεια ενός αντικειμένου. Συχνά αντιπαραβάλλεται με την κινητική ενέργεια.
Στη φυσική, η δυνητική ενέργεια είναι η ενέργεια που έχει ένα αντικείμενο λόγω της θέσης του σε ένα πεδίο δυνάμεων ή που έχει ένα σύστημα λόγω του τρόπου με τον οποίο είναι διατεταγμένα τα μέρη του. Οι συνήθεις τύποι περιλαμβάνουν τη βαρυτική δυναμική ενέργεια ενός αντικειμένου που εξαρτάται από την κατακόρυφη θέση και τη μάζα του, την ελαστική δυναμική ενέργεια ενός εκτεταμένου ελατηρίου και την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ενός φορτίου σε ηλεκτρικό πεδίο. Η μονάδα SI για την ενέργεια είναι το joule (σύμβολο J).
Η δυνητική ενέργεια συνδέεται συχνά με δυνάμεις επαναφοράς, όπως ένα ελατήριο ή η δύναμη της βαρύτητας. Η ενέργεια της τάνυσης του ελατηρίου ή της ανύψωσης της μάζας πραγματοποιείται από μια εξωτερική δύναμη που λειτουργεί ενάντια στο δυναμικό πεδίο δυνάμεων. Το έργο αυτό αποθηκεύεται στο δυναμικό πεδίο, το οποίο λέγεται ότι αποθηκεύεται ως δυνητική ενέργεια. Εάν η εξωτερική δύναμη αφαιρεθεί, το δυναμικό πεδίο δρα στο σώμα για να εκτελέσει το έργο, καθώς μετακινεί το σώμα πίσω στην αρχική θέση, μειώνοντας την επιμήκυνση του ελατηρίου ή προκαλώντας την πτώση ενός σώματος. Όταν συμβαίνει αυτό, η δυνητική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Η συνολική ενέργεια παραμένει η ίδια λόγω του νόμου διατήρησης της ενέργειας.
Οι φυσικοί λένε ότι η δυνητική ενέργεια είναι η διαφορά μεταξύ της ενέργειας ενός αντικειμένου σε μια δεδομένη θέση και της ενέργειάς του σε μια θέση αναφοράς.
Απλά παραδείγματα
Η μεταφορά μιας πέτρας προς τα πάνω αυξάνει τη δυνητική της ενέργεια υπό την επίδραση της βαρύτητας. Το τέντωμα μιας λαστιχένιας ταινίας αυξάνει την ελαστική δυνητική της ενέργεια, η οποία είναι μια μορφή ηλεκτρικής δυνητικής ενέργειας. Ένα μείγμα καυσίμου και οξειδωτικού έχει χημική δυναμική ενέργεια, η οποία είναι μια άλλη μορφή ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας. Οι μπαταρίες έχουν επίσης χημική δυναμική ενέργεια.
Τύποι δυνητικής ενέργειας
Υπάρχουν διάφοροι τύποι δυνητικής ενέργειας, καθένας από τους οποίους συνδέεται με έναν συγκεκριμένο τύπο δύναμης.
Βαρυτική δυναμική ενέργεια
Η βαρυτική δυναμική ενέργεια βιώνεται από ένα αντικείμενο όταν το ύψος και η μάζα είναι παράγοντες στο σύστημα. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια προκαλεί την κίνηση των αντικειμένων το ένα προς το άλλο. Εάν ένα αντικείμενο ανυψωθεί σε ορισμένη απόσταση από την επιφάνεια από τη Γη, η δύναμη που υφίσταται προκαλείται από το βάρος και το ύψος. Το έργο ορίζεται ως δύναμη σε μια απόσταση και το έργο είναι μια άλλη λέξη για την ενέργεια. Η δυνητική ενέργεια που προστίθεται όταν ανυψώνετε ένα αντικείμενο είναι:
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h} 
όπου
F {\displaystyle F}
είναι η δύναμη της βαρύτητας
Δ h {\displaystyle \Delta h}
είναι η μεταβολή του ύψους
ή
U = m g h {\displaystyle U=mgh} 
Εδώ, g = 9.81 m/s 2 {\textstyle g=9.81\ \mathrm {m/s} ^{2}}
είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας.
Το συνολικό έργο που επιτελείται από τη βαρυτική δυναμική ενέργεια όταν ένα αντικείμενο πέφτει από τη θέση 1 στη θέση 2 είναι:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}} 
ή
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}} 
όπου
m {\displaystyle m}
είναι η μάζα του αντικειμένου
h 1 {\displaystyle h_{1}}
είναι η πρώτη θέση
h 2 {\displaystyle h_{2}}
είναι η δεύτερη θέση
Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια
Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια βιώνεται από φορτία τόσο διαφορετικά όσο και όμοια, καθώς απωθούνται ή έλκονται μεταξύ τους. Τα φορτία μπορεί να είναι είτε θετικά (+) είτε αρνητικά (-), όπου τα αντίθετα φορτία έλκονται και τα όμοια φορτία απωθούνται. Αν δύο φορτία τοποθετηθούν σε ορισμένη απόσταση το ένα από το άλλο, η δυναμική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη μεταξύ των φορτίων μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
U = k Q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}}} 
όπου
k {\displaystyle k}
είναι 1/4πє (για τον αέρα ή το κενό είναι 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}} 
)
Q {\displaystyle Q}
είναι το πρώτο φορτίο
q {\displaystyle q}
είναι το δεύτερο φορτίο
r {\displaystyle r}
είναι η απόσταση μεταξύ τους
Ελαστική δυνητική ενέργεια
Η ελαστική δυναμική ενέργεια εμφανίζεται όταν ένα ελαστικό υλικό απομακρύνεται ή σπρώχνεται μεταξύ του. Το ποσό της δυναμικής ενέργειας που έχει το υλικό εξαρτάται από την απόσταση που τραβιέται ή σπρώχνεται. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που σπρώχνεται, τόσο μεγαλύτερη είναι η ελαστική δυνητική ενέργεια που έχει το υλικό. Αν ένα υλικό τραβηχτεί ή σπρωχτεί, η δυναμική ενέργεια μπορεί να υπολογιστεί από:
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}kx^{2}}} 
όπου
k {\displaystyle k} είναι η σταθερά της δύναμης του ελατηρίου (πόσο καλά το υλικό τεντώνεται ή συμπιέζεται)
x {\displaystyle x}
είναι η απόσταση που μετακινήθηκε το υλικό από την αρχική του θέση
Σχετικές σελίδες
- Κινητική ενέργεια
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η δυνητική ενέργεια;
A: Η δυνητική ενέργεια είναι η αποθηκευμένη ή συσσωρευμένη ενέργεια ενός αντικειμένου. Συχνά αντιπαραβάλλεται με την κινητική ενέργεια και είναι η ενέργεια που έχει ένα αντικείμενο λόγω της θέσης του σε ένα πεδίο δυνάμεων ή που έχει ένα σύστημα λόγω του τρόπου διάταξης των μερών του.
Ερ: Ποιοι είναι ορισμένοι συνήθεις τύποι δυνητικής ενέργειας;
Α: Οι συνήθεις τύποι δυναμικής ενέργειας περιλαμβάνουν τη βαρυτική δυναμική ενέργεια, την ελαστική δυναμική ενέργεια και την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια.
Ερ: Ποια είναι η μονάδα SI για τη μέτρηση της ενέργειας;
Α: Η μονάδα SI για τη μέτρηση της ενέργειας είναι το joule (σύμβολο J).
Ερ: Πώς αποθηκεύεται το έργο ως δυνητική ενέργεια;
Α: Το έργο αποθηκεύεται ως δυναμική ενέργεια όταν εκτελείται από μια εξωτερική δύναμη που λειτουργεί ενάντια στο πεδίο δυνάμεων του δυναμικού. Το έργο αυτό αποθηκεύεται στη συνέχεια στο πεδίο δυνάμεων ως δυναμική ενέργεια.
Ερ: Πώς το δυναμικό μετατρέπεται σε κινητική;
Α: Όταν αφαιρείται μια εξωτερική δύναμη που λειτουργούσε ενάντια στο πεδίο δυνάμεων μιας δεδομένης θέσης, αυτό προκαλεί την επαναφορά του σώματος στην αρχική του θέση, μειώνοντας τυχόν τέντωμα σε ένα ελατήριο ή προκαλώντας πτώση ενός σώματος. Σε αυτό το σημείο, κάθε υπάρχον δυναμικό μετατρέπεται σε κινητικό και η συνολική ποσότητα της συνολικής παραμένει σταθερή λόγω του νόμου διατήρησης της ενέργειας.
Ερ: Πώς ορίζουν οι φυσικοί τη δυνητική ενέργεια;
Α: Οι φυσικοί λένε ότι η Δυνητική Ενέργεια μπορεί να οριστεί ως η διαφορά μεταξύ των ενεργειών ενός αντικειμένου σε δεδομένη θέση και σε θέση αναφοράς.
