energie potențială Este energia pe care o posedă corpurile în virtutea configurației lor. Când obiectele interacționează, există forțe între ele capabile să facă muncă, iar această capacitate de a lucra, care este stocată în dispoziția lor, poate fi transpusă în energie..
De exemplu, oamenii au valorificat energia potențială a cascadelor încă din vremuri imemoriale, mai întâi prin fabrici de filare și apoi la centrale hidroelectrice..
Pe de altă parte, multe materiale au o capacitate remarcabilă de a lucra deformându-se și apoi revenind la dimensiunea inițială. Și în alte circumstanțe, dispunerea sarcinii electrice permite stocarea energiei potențiale electrice, ca de exemplu într-un condensator.
Energia potențială oferă multe posibilități de a fi transformată în alte forme de energie utilizabilă, de unde și importanța cunoașterii legilor care o guvernează..
Indice articol
Energia potențială a unui obiect își are originea în forțele care îl afectează. Cu toate acestea, energia potențială este o magnitudine scalară, în timp ce forțele sunt vectoriale. Prin urmare, pentru a specifica energia potențială, este suficient să indicați valoarea numerică și unitățile selectate.
O altă calitate importantă este tipul de forță cu care poate fi stocată energia potențială, deoarece nu fiecare forță are această virtute. Doar forțele conservatoare stochează energia potențială în sistemele asupra cărora acționează.
O forță conservatoare este una pentru care lucrarea nu depinde de calea urmată de obiect, ci doar de punctul de plecare și punctul de sosire. Forța care conduce apa care cade este gravitația, care este o forță conservatoare.
Pe de altă parte, forțele elastice și electrostatice au, de asemenea, această calitate, prin urmare există o energie potențială asociată acestora..
Forțele care nu îndeplinesc cerința menționată anterior sunt numite neconservatoare; exemplu dintre acestea sunt în frecare și rezistența la aer.
Deoarece energia potențială derivă întotdeauna din forțe conservatoare precum cele menționate deja, vorbim despre energia potențială gravitațională, energia potențială elastică, energia potențială electrostatică, energia potențială nucleară și energia potențială chimică..
Orice obiect are energie potențială în funcție de înălțimea sa de la sol. Acest fapt aparent simplu ilustrează de ce căderea apei este capabilă să conducă turbine și, în cele din urmă, să fie transformată în energie electrică. Exemplul schiorilor prezentat aici arată, de asemenea, relația dintre greutate și înălțime și energia potențială gravitațională.
Un alt exemplu este cel al unei mașini cu role, care are o energie potențială mai mare atunci când se află la o anumită înălțime deasupra solului. Odată ce a ajuns la nivelul solului, înălțimea sa este egală cu zero și toată energia sa potențială a fost transformată în energie cinetică (energia mișcării).
Obiecte precum arcuri, arcuri, arbalete și benzi de cauciuc sunt capabile să stocheze energia potențială elastică..
Elasticitatea unui corp sau a unui material este descrisă de legea lui Hooke (până la anumite limite), care ne spune că forța capabilă să se exercite atunci când este comprimat sau întins este proporțională cu deformarea sa.
De exemplu, în cazul unui arc sau arc, aceasta înseamnă că cu cât se micșorează sau se întinde, cu atât este mai mare forța pe care o poate exercita asupra unui obiect plasat la un capăt..
Este energia pe care o au încărcăturile electrice în virtutea configurației lor. Încărcăturile electrice cu același semn se resping reciproc, astfel încât pentru a plasa o pereche de încărcături pozitive - sau negative - într-o anumită poziție, un agent extern trebuie să lucreze. Altfel ar tinde să se separe.
Această lucrare este stocată în modul în care au fost localizate încărcăturile. Cu cât încărcăturile aceluiași semn sunt mai apropiate, cu atât configurația va avea o energie potențială mai mare. Opusul se întâmplă atunci când vine vorba de o mulțime de semne diferite; cum atrag, cu cât sunt mai apropiați, cu atât au mai puțină energie potențială.
Nucleul atomic este format din protoni și neutroni, denumiți generic nucleoni. Primele au o încărcare electrică pozitivă, iar cele din urmă sunt neutre..
Deoarece sunt aglomerate într-un spațiu mic dincolo de imaginație și știind că sarcinile cu același semn se resping reciproc, ne întrebăm cum rămâne coeziv nucleul atomic.
Răspunsul constă în alte forțe decât repulsia electrostatică, tipice nucleului, cum ar fi interacțiunea nucleară puternică și interacțiunea nucleară slabă. Acestea sunt forțe foarte puternice, care depășesc cu mult forța electrostatică.
Această formă de energie potențială provine din modul în care sunt aranjați atomii și moleculele substanțelor, în funcție de diferitele tipuri de legături chimice..
Atunci când apare o reacție chimică, această energie poate fi transformată în alte tipuri, de exemplu prin intermediul unei baterii sau a unei baterii electrice.
Energia potențială este prezentă în viața de zi cu zi în multe feluri. Observarea efectelor sale este la fel de ușoară ca plasarea oricărui obiect la o anumită înălțime și asigurarea faptului că se poate rostogoli sau cădea oricând.
Iată câteva manifestări ale tipurilor de energie potențială descrise anterior:
-Carusel
-Mașini sau bile care se rostogolesc în jos
-Arcuri și săgeți
-Baterii electrice
-Un pendul de ceas
-Swing pe un leagăn
-Sari pe o trambulină
-Folosind un stilou retractabil.
Vezi: exemple de energie potențială.
Energia potențială depinde de munca efectuată de forță și aceasta, la rândul său, nu depinde de traiectorie, deci se poate afirma că:
-Dacă A și B sunt două puncte, lucrarea WAB necesar pentru a merge de la A la B este egal cu munca necesară pentru a merge de la B la A. Prin urmare: WAB = WBA, asa de:
WAB + WBA = 0
-Și dacă două traiectorii diferite 1 și 2 sunt încercate să unească punctele A și B, munca efectuată în ambele cazuri este, de asemenea, aceeași:
W1 = WDouă.
În ambele cazuri obiectul experimentează o schimbare a energiei potențiale:
Schimbare = Energie potențială finală - Energie potențială inițială
ΔU = Ufinal - SAUiniţială = UB - SAULA
Ei bine, energia potențială a obiectului este definită ca negativul muncii efectuate de forța (conservatoare):
ΔU = -WAB
Dar, din moment ce munca este definită de această integrală:
Rețineți că unitățile de energie potențială sunt aceleași cu cele ale muncii. În sistemul internațional SI, unitatea este joul, care este abreviat J și este echivalent cu 1 newton x metru, de fizicianul englez James Joule (1818-1889).
Alte unități de energie includ cgs erg, lira-forță x piciorul, BTU (Unitate termică britanică), calorii și kilowați-oră.
Să vedem mai jos câteva cazuri particulare despre cum să calculăm energia potențială.
În vecinătatea suprafeței terestre, forța gravitațională indică vertical în jos, iar magnitudinea acesteia este dată de ecuație Greutate = masa x gravitație.
Notând axa verticală cu litera „y” și atribuind acestei direcții vectorul unitar j, pozitiv în sus și negativ în jos, schimbarea energiei potențiale atunci când un corp se deplasează de la y = yLA pana cand y = yB este:
U (y) = mgy
Legea lui Hooke ne spune că forța este proporțională cu deformarea:
F = -k.x
Aici X este deformarea și k este o constantă proprie a arcului, care indică cât de rigidă este. Prin această expresie se calculează energia potențială elastică, ținând cont de faptul că eu este vectorul unitar în direcția orizontală:
U (x) = ½ kxDouă
Când aveți o încărcare electrică punctuală Q, aceasta produce un câmp electric care percepe o altă încărcare punctuală ce, și că funcționează la el atunci când este mutat dintr-o poziție în alta în mijlocul câmpului. Forța electrostatică dintre două sarcini punctuale are o direcție radială, simbolizată de vectorul unitar r:
Un izvor a cărui constantă este k = 10,0 N / cm se întinde inițial la 1,00 cm de la lungimea sa de echilibru. Vi se cere să calculați energia suplimentară necesară pentru a întinde arcul până la 5,00 cm dincolo de lungimea sa de echilibru..
Înlocuind direct x = 1,00 cm în ecuația cu U (x), obținem N.cm, dar centimetrii trebuie transformați în metri pentru a obține energia în jouli:
U (1) = 0,5 x 10,0 N / cm x (1,00 cm)Două = 5 N. cm = 0,05 J; U (5) = 0,5 x 10,0 N / cm x (5,00 cm)Două = 125 N.cm = 1,25 J
Prin urmare, diferența de energie căutată este de 1,25 - 0,05 J = 1,20 J.
Un mic bloc este eliberat din repaus din punctul A, pentru a aluneca de-a lungul rampei curbe fără frecare până în punctul B. De acolo intră pe o suprafață orizontală lungă dură, cu un coeficient de frecare dinamick = 0,2. Aflați cât de departe de punctul B se oprește, presupunând că hLA= 3m.
Când blocul este la o înălțime hLA În ceea ce privește solul, are energie potențială gravitațională datorită înălțimii sale. Când este eliberată, această energie potențială este transformată treptat în energie cinetică și, pe măsură ce alunecă pe rampa curbată netedă, viteza sa crește..
În timpul traseului de la A la B, nu pot fi aplicate ecuațiile mișcării rectilinii uniform variate. Deși gravitația este responsabilă pentru mișcarea blocului, mișcarea pe care o experimentează este mai complexă, deoarece traiectoria nu este rectilinie.
Cu toate acestea, deoarece gravitația este o forță conservatoare și nu există frecare pe rampă, puteți utiliza conservarea energiei mecanice pentru a găsi viteza la capătul rampei:
Energie mecanică în A = Energie mecanică în B
m.g.hLA + ½ m.vLADouă = m.g.hB + ½ m.vBDouă
Expresia este simplificată observând că masa apare în fiecare termen. Este eliberat din odihna vLA = 0. Și hB este la nivelul solului, hB = 0. Cu aceste simplificări, expresia se reduce la:
vBDouă = ghLA
Acum blocul își începe călătoria în secțiunea dură cu această viteză și se oprește în cele din urmă în punctul C. Prin urmare vC = 0. Energia mecanică nu mai este conservată, deoarece fricțiunea este o forță disipativă, care a lucrat la blocul dat de:
Watingere = - forța de frecare x distanța parcursă
Această lucrare are un semn negativ, deoarece fricțiunea cinetică încetinește obiectul, opunându-se mișcării sale. Mărimea fricțiunii cinetice Fk este:
Fk = μk .N
Unde N este magnitudinea forței normale. Forța normală este exercitată de suprafața de pe bloc și, deoarece suprafața este complet orizontală, echilibrează greutatea P = mg, prin urmare, magnitudinea normalului este:
N = mg
Care duce la:
Fk = μk .mg
Lucrarea care Fk face despre bloc este: Wk = - fk .D = - μk .mg.D.
Această lucrare este echivalentă cu schimbarea energiei mecanice, calculat astfel:
Energia mecanică în C - Energia mecanică în B =
ΔEm = (UC +KC) - (SAUB + KB) = - μk .mg.D
În această ecuație există câțiva termeni care dispar: KC = 0, deoarece blocul se oprește la C și U dispar, de asemeneaC = UB, deoarece aceste puncte sunt la nivelul solului. Simplificarea are ca rezultat:
- KB = - μk .m.g.D
½ m.vBDouă = μk .m.g.D
Masa se anulează din nou și D poate fi obținut după cum urmează:
D = (½ vBDouă) / (μk . g) = (½ vBDouă) / (μk . g) = (½g.hLA) / (μk . g) = (½hLA) / μk = 0,5 x 3 m / 0,2 = 7,5 m
Nimeni nu a comentat acest articol încă.