Τι είναι η Δυναμική Ενέργεια; Παραδείγματα δυνητικής ενέργειας

Η δυναμική και η κινητική ενέργεια είναι οι δύο κύριοι τύποι ενέργειας. Μάθετε για τη δυνητική ενέργεια, συμπεριλαμβανομένου του ορισμού της, των μονάδων, των παραδειγμάτων, των τύπων και του τρόπου υπολογισμού της.

Ορισμός δυναμικής ενέργειας

Η δυνητική ενέργεια είναι αποθηκευμένη ενέργεια. Η ενέργεια προέρχεται από τη σχετική θέση ενός αντικειμένου, το ηλεκτρικό του φορτίο, τις εσωτερικές τάσεις ή άλλους παράγοντες. Επειδή η δυναμική ενέργεια έρχεται σε πολλές μορφές, ταξινομείται περαιτέρω ως ελαστική δυναμική ενέργεια, χημική δυναμική ενέργεια, πυρηνική δυναμική ενέργεια, ηλεκτρική δυναμική ενέργεια, βαρυτική δυναμική ενέργεια ή μαγνητική δυναμική ενέργεια. Στους τύπους, η δυναμική ενέργεια είναι PE, U ή V. Η δυναμική ενέργεια εξαρτάται από το πλαίσιο αναφοράς του παρατηρητή, επομένως δεν είναι αμετάβλητη.

Η δυναμική ενέργεια δεν εξαρτάται από τη διαδρομή μεταξύ μέγιστων και ελάχιστων σημείων. Για παράδειγμα, επιτυγχάνετε την ίδια δυναμική ενέργεια εάν κάνετε πεζοπορία σε ένα ελικοειδή μονοπάτι στην κορυφή ενός βουνού ή αν σας τραβήξουν ευθεία προς τα πάνω.

Δυνητικές μονάδες ενέργειας

Η μονάδα SI για τη δυναμική ενέργεια είναι το τζάουλ (J). Ένα joule είναι ένα kg⋅m⋅s. Η αγγλική μονάδα κινητικής ενέργειας είναι το πόδι-λίβρα (ft⋅lb). Η δυνητική ενέργεια είναι μια κλιμακωτή ποσότητα, που σημαίνει ότι έχει μέγεθος και μονάδες, αλλά όχι κατεύθυνση.

Παραδείγματα δυνητικής ενέργειας

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα δυνητικής ενέργειας στον καθημερινό κόσμο. Θυμηθείτε, η δυναμική ενέργεια εξαρτάται από τη σχετική θέση των αντικειμένων, επομένως δεν μπορείτε να πείτε απλώς «μια μπάλα έχει δυναμική ενέργεια». Έχει δυναμική ενέργεια όταν μια δύναμη μπορεί να δράσει πάνω του. Έτσι, το να σηκώνεις μια μπάλα της δίνει ενέργεια λόγω της δύναμης της βαρύτητας. Εάν η σφαίρα είναι ηλεκτρόνιο, έχει δυναμική ενέργεια όταν απέχει από άλλο φορτίο λόγω των ελκτικών και απωστικών δυνάμεων των πρωτονίων και άλλων ηλεκτρονίων.

Ένα ανυψωμένο αντικείμενο, όπως ένα βιβλίο, ένα βάρος ή ένα μήλο
Ένα άτομο στην κορυφή μιας σανίδας κατάδυσης
Ένα αντικείμενο στην κορυφή ενός λόφου
Ένα τεντωμένο ελατήριο ή λάστιχο
Σχεδιασμένο τόξο
Νερό στην κορυφή ενός καταρράκτη
Νερό πίσω από ένα φράγμα
Μια φορτισμένη μπαταρία
Ένα εκρηκτικό
Ένας χημικός δεσμός πριν σπάσει
Καυσόξυλα, βενζίνη και άλλα καύσιμα
Το φαγητό πριν το χωνέψεις
Μια θερμή συσκευασία χημικών ή μια κρύα συσκευασία πριν την ενεργοποιήσετε
Μια συνδεδεμένη συσκευή πριν την ενεργοποιήσετε
Δύο μαγνήτες χωρίζονται ο ένας από τον άλλο
Ένα ασταθές άτομο προτού διασπαστεί ή υποστεί σχάση

Τύπες δυνητικής ενέργειας

Υπάρχουν πολλοί τύποι δυναμικής ενέργειας. Ποια θα χρησιμοποιήσετε εξαρτάται από τον τύπο της εν λόγω δυνητικής ενέργειας.

U =mgh (βαρυτική), όπου m είναι μάζα, g είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας και h είναι ύψος
U =1/2 kx (ελαστικό, νόμος του Hooke), όπου k είναι η σταθερά του ελατηρίου και x είναι η απόσταση που τεντώνεται το ελατήριο
U =1/2 CV (ηλεκτρικό), όπου C είναι η χωρητικότητα και V το ηλεκτρικό δυναμικό
U =-mB (μαγνητικό), όπου m είναι η μαγνητική ροπή και B το μαγνητικό πεδίο

Πώς να υπολογίσετε τη δυναμική ενέργεια

Ο πιο συνηθισμένος υπολογισμός δυναμικής ενέργειας είναι η βαρυτική δυναμική ενέργεια. Για παράδειγμα, υπολογίστε τη δυναμική ενέργεια ενός ατόμου 68 κιλών στην κορυφή της σκάλας που βρίσκεται 3,2 μέτρα πάνω από το έδαφος. Υποθέστε την επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας εάν είναι 9,8 m/s (και συνειδητοποιήστε ότι θα ήταν διαφορετική στη Σελήνη ή τον Άρη).

U =mgh
U =(68 kg) (9,8 m/s) (3,2 m)
U =2132,48 kg⋅m⋅s =περίπου 2132 J

Δυνατότητα έναντι κινητικής ενέργειας

Το άθροισμα του δυναμικού συν την κινητική ενέργεια είναι σταθερά, αλλά κάθε μορφή μετατρέπεται στην άλλη. Για παράδειγμα, εάν κρατάτε μια μπάλα πάνω από το κεφάλι σας, έχει δυναμική ενέργεια σε σχέση με το έδαφος. Όταν ρίχνεις την μπάλα, η δυναμική της ενέργεια μειώνεται, αλλά η κινητική της ενέργεια αυξάνεται. Η μπάλα έχει μέγιστη κινητική ενέργεια όταν χτυπά στο έδαφος, αλλά μηδενική δυναμική ενέργεια. Ομοίως, μια μπαταρία που κάθεται σε ένα ράφι έχει δυναμική ενέργεια. Όταν το συνδέετε σε ένα αντικείμενο που αντλεί ενέργεια, μέρος της δυναμικής ενέργειας μετατρέπεται σε κινητική ηλεκτρική ενέργεια.

Αναφορές

Feynman, Richard P. (2011). «Εργασία και δυνητική ενέργεια». The Feynman Lectures on Physics, Vol. Ι. Βασικά Βιβλία. ISBN 978-0-465-02493-3.
Goel, V. K. (2007). Βασικές αρχές της Φυσικής . Εκπαίδευση Tata McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-062060-5.
Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Φυσική για επιστήμονες και μηχανικούς (6η έκδ.). Μπρουκς/Κόουλ. ISBN 0-534-40842-7.
Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Σύγχρονη Φυσική (4η έκδ.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4345-0.