Δυναμικό Ενεργειακό Εξωτερικό Πεδίο

Το έργο συλλέγεται και αποθηκεύεται ως δυναμική ενέργεια στο σώμα όταν χρησιμοποιείται μια εξωτερική δύναμη για τη διεξαγωγή εργασιών, όπως η μετακίνηση ενός σώματος από το ένα σημείο στο άλλο ενάντια σε μια δύναμη όπως η δύναμη του ελατηρίου ή η βαρυτική δύναμη. Το σώμα κινείται όταν αφαιρεθεί μια εξωτερική δύναμη, κερδίζοντας κινητική ενέργεια ενώ χάνει δυναμική ενέργεια σε ίσες ποσότητες. Έτσι διατηρείται ολόκληρη η κινητική και δυναμική ενέργεια. Σε αυτή την κατηγορία περιλαμβάνονται οι συντηρητικές δυνάμεις. Περιπτώσεις αυτών των δυνάμεων είναι η δύναμη του ελατηρίου και η βαρυτική δύναμη.

Δυνητική ενέργεια

Σε συνάρτηση με τη θέση του, ένα αντικείμενο μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια. Όταν, για παράδειγμα, η βαριά μπάλα μιας μηχανής καταστροφής διατηρείται σε ανυψωμένη θέση, αποθηκεύει ενέργεια. Δυνητική ενέργεια είναι το όνομα που δίνεται σε αυτή την αποθηκευμένη ενέργεια θέσης. Ένα τραβηγμένο τόξο, επίσης, μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια ως αποτέλεσμα της θέσης του. Δεν αποθηκεύεται ενέργεια στο τόξο όταν βρίσκεται στην κανονική του θέση (δηλαδή όταν δεν τραβιέται). Το τόξο, από την άλλη πλευρά, μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια όταν η θέση του αλλάξει από την κανονική κατάσταση ισορροπίας του. Δυνητική ενέργεια είναι το όνομα που δίνεται σε αυτή την αποθηκευμένη ενέργεια θέσης.

Βαρυτική δυναμική ενέργεια

Η ενέργεια που συγκρατείται σε ένα αντικείμενο λόγω της κατακόρυφης θέσης ή του ύψους του είναι γνωστή ως βαρυτική δυναμική ενέργεια. Η βαρυτική έλξη της γης προς το αντικείμενο αποθηκεύει την ενέργεια. Η μάζα της τεράστιας μπάλας μιας μηχανής κατεδάφισης και το ύψος στο οποίο ανυψώνεται καθορίζουν τη βαρυτική δυναμική της ενέργεια. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια ενός αντικειμένου είναι ανάλογη της μάζας του. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι υψηλότερη σε πιο ογκώδη αντικείμενα. Ομοίως, η βαρυτική δυναμική ενέργεια ενός αντικειμένου σχετίζεται με το ύψος του. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια ενός αντικειμένου αυξάνεται καθώς αυτό ανεβαίνει σε υψόμετρο. Ο τύπος της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας δίνεται ως :

 PEgrav=μάζα ×βαρύτητα ×ύψος

Παραδείγματα ελαστικής δυναμικής ενέργειας

Θα μιλήσουμε για την ελαστική δυναμική ενέργεια ως τον δεύτερο τύπο δυνητικής ενέργειας. Η ενέργεια που συγκρατείται σε ελαστικά υλικά ως αποτέλεσμα τάνυσης ή συμπίεσης είναι γνωστή ως ελαστική δυναμική ενέργεια. Υπάρχουν λαστιχάκια, χορδές bungee, τραμπολίνα, ελατήρια, ένα βέλος που τραβιέται σε ένα τόξο και άλλες ελαστικές συσκευές αποθήκευσης δυναμικής ενέργειας. Η ποσότητα της ελαστικής δυναμικής ενέργειας που αποθηκεύεται σε μια τέτοια συσκευή είναι ανάλογη με την τάνυσή της. Όσο μεγαλύτερη είναι η έκταση, τόσο περισσότερη ενέργεια αποθηκεύεται.

Τα ελατήρια είναι ένας τύπος συσκευής που μπορεί να αποθηκεύει ελαστομερή δυναμική ενέργεια μέσω συμπίεσης ή τάνυσης. Η συμπίεση ενός ελατηρίου απαιτεί δύναμη. Όσο περισσότερη συμπίεση υπάρχει, τόσο περισσότερη δύναμη απαιτείται για να συμπιεστεί περαιτέρω.

Η ποσότητα της δύναμης που εφαρμόζεται σε ορισμένα ελατήρια είναι ευθέως ανάλογη με το βαθμό τάνυσης ή συμπίεσης (x). αυτή η σταθερά αναλογικότητας αναφέρεται ως σταθερά ελατηρίου k.

 Fspring=k×x

Εξωτερικό πεδίο δυνητικού ενέργειας

Η δυναμική ενέργεια ενός μόνο φορτίου:

Από το ένα σημείο στο άλλο, το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο E και το σχετικό εξωτερικό δυναμικό V ενδέχεται να διαφέρουν. Το V σε ένα σημείο P ορίζεται ως το έργο που απαιτείται για την απόδοση ενός θετικού φορτίου μονάδας από το άπειρο στο σημείο P.

qV είναι η ποσότητα εργασίας που απαιτείται για να φέρει ένα φορτίο q από το άπειρο στο σημείο P στο εξωτερικό πεδίο. Η δυναμική ενέργεια του q χρησιμοποιείται για την αποθήκευση αυτού του έργου. Εάν το διάνυσμα θέσης r του σημείου P είναι σχετικό με κάποια αρχή,

 Δυνητική ενέργεια του q στο r σε ένα εξωτερικό πεδίο=qV(r)

Πώς να αντλήσετε δυναμική ενέργεια

Λόγω της κίνησής του, ένα αντικείμενο διαθέτει δυναμική ενέργεια. Ας υποθέσουμε ότι η μάζα του σώματος είναι m και ανυψώνεται σε h μέτρα πάνω από τη γη. Θα ολοκληρώσει τη δουλειά. Όλοι καταλαβαίνουμε ότι η εργασία μετριέται με όρους δύναμης και μετατόπισης.

Σε αυτήν την περίπτωση, η απόσταση του σώματος είναι h και η εργασία που γίνεται δίνεται από:

 W=F×h…. (1)

Υπό την επίδραση της βαρύτητας, το σώμα κινείται ψηλότερα. Το αντικείμενο επηρεάζεται από τη βαρύτητα, δηλαδή F=mg

Τώρα η εξίσωση 1 γίνεται:

 w=mg ×h

Όπως γνωρίζουμε η εργασία λαμβάνεται ως μορφή ενέργειας, έτσι,

 E=mgh

Συμπέρασμα

Η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα ως αποτέλεσμα της θέσης ή της διαμόρφωσής του είναι γνωστή ως δυναμική ενέργεια. Είναι επίσης γνωστό ως αποθηκευμένη ενέργεια και βοηθά στην ολοκλήρωση οποιασδήποτε εργασίας. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που έχει ένα αντικείμενο ως αποτέλεσμα της θέσης του σε σχέση με το έδαφος. Η ενέργεια που σχετίζεται με τη συμπίεση ή τη διαστολή ενός ελαστικού ελατηρίου αναφέρεται ως ελαστική δυναμική ενέργεια. Η συναρπαστική βόλτα με τρενάκι του λούνα παρκ που απολαμβάνουμε βασίζεται επίσης στην ιδέα της πιθανής ενέργειας. Η διαδρομή επιτρέπεται να πέφτει από ύψος όπου η δυναμική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε κινητική ενέργεια. Τα ελατήρια είναι ένας τύπος συσκευής που μπορεί να αποθηκεύει ελαστομερή δυναμική ενέργεια μέσω συμπίεσης ή τάνυσης. Το σώμα κινείται όταν αφαιρείται μια εξωτερική δύναμη, κερδίζοντας κινητική ενέργεια ενώ χάνει δυναμική ενέργεια σε ίσες ποσότητες.