Potenciální energie
Potenciální energie je uložená nebo nahromaděná energie objektu. Často se dává do kontrastu s kinetickou energií.
Ve fyzice je potenciální energie energie, kterou má objekt díky své poloze v silovém poli nebo kterou má systém díky uspořádání svých částí. Mezi běžné typy patří gravitační potenciální energie objektu, která závisí na jeho vertikální poloze a hmotnosti, elastická potenciální energie natažené pružiny a elektrická potenciální energie náboje v elektrickém poli. Jednotkou energie v soustavě SI je joule (symbol J).
Potenciální energie je často spojována s obnovujícími silami, jako je pružina nebo gravitační síla. Působení natahování pružiny nebo zvedání hmoty je prováděno vnější silou, která působí proti silovému poli potenciálu. Tato práce je uložena v silovém poli, o němž se říká, že je uloženo jako potenciální energie. Pokud vnější sílu odstraníme, silové pole působí na těleso tak, že vykoná práci, protože těleso posune zpět do výchozí polohy, čímž se zmenší natažení pružiny nebo způsobí pád tělesa. Když k tomu dojde, potenciální energie se změní na energii kinetickou. Celková energie zůstává stejná, protože platí zákon zachování energie.
Fyzikové říkají, že potenciální energie je rozdíl mezi energií objektu v dané poloze a jeho energií v referenční poloze.
Jednoduché příklady
Vynášení kamene do kopce zvyšuje jeho gravitační potenciální energii. Natahování gumičky zvyšuje její elastickou potenciální energii, což je forma elektrické potenciální energie. Směs paliva a okysličovadla má chemickou potenciální energii, což je další forma elektrické potenciální energie. Také baterie mají chemickou potenciální energii.
Typy potenciální energie
Existují různé druhy potenciální energie, z nichž každá je spojena s určitým typem síly.
Gravitační potenciální energie
Gravitační potenciální energie se projevuje u objektu, pokud je v soustavě rozhodující výška a hmotnost. Gravitační potenciální energie způsobuje, že se objekty pohybují směrem k sobě. Pokud je předmět zvednut do určité vzdálenosti od povrchu od Země, je působící síla způsobena hmotností a výškou. Práce je definována jako síla na určitou vzdálenost a práce je jiný výraz pro energii. Potenciální energie přidaná při zvedání předmětu je:
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h} 
kde
F {\displaystyle F}
je gravitační síla
Δ h {\displaystyle \Delta h}
je změna výšky
nebo
U = m g h {\displaystyle U=mgh} 
Zde je g = 9,81 m/s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s}. ^{2}}
je gravitační zrychlení.
Celková práce vykonaná gravitační potenciální energií při pádu předmětu z polohy 1 do polohy 2 je:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}} 
nebo
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}} 
kde
m {\displaystyle m}
je hmotnost objektu
h 1 {\displaystyle h_{1}}
je první pozice
h 2 {\displaystyle h_{2}}
je druhá pozice
Elektrická potenciální energie
Elektrická potenciální energie se projevuje u různých i stejných nábojů tím, že se odpuzují nebo přitahují. Náboje mohou být buď kladné (+), nebo záporné (-), přičemž opačné náboje se přitahují a podobné odpuzují. Pokud by byly dva náboje umístěny v určité vzdálenosti od sebe, lze potenciální energii uloženou mezi náboji vypočítat podle následujícího vzorce:
U = k Q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}}} 
kde
k {\displaystyle k}
je 1/4πє (pro vzduch nebo vakuum je to 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}}. 
)
Q {\displaystyle Q}
je první náboj
q {\displaystyle q}
je druhý náboj
r {\displaystyle r}
je vzdálenost od sebe
Pružná potenciální energie
Pružná potenciální energie se projevuje, když se gumový materiál odtahuje nebo tlačí k sobě. Velikost potenciální energie, kterou materiál má, závisí na vzdálenosti, na kterou je tažen nebo tlačen. Čím delší je tlačená vzdálenost, tím větší elastickou potenciální energii materiál má. Pokud je materiál tažen nebo tlačen, lze potenciální energii vypočítat:
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}kx^{2}} 
kde
k {\displaystyle k} je konstanta síly pružiny (jak moc se materiál roztahuje nebo stlačuje).
x {\displaystyle x}
je vzdálenost, o kterou se materiál posunul od své původní polohy.
Související stránky
- Kinetická energie
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to potenciální energie?
Odpověď: Potenciální energie je uložená nebo nahromaděná energie objektu. Často se dává do kontrastu s kinetickou energií a je to energie, kterou má objekt díky své poloze v silovém poli nebo kterou má systém díky uspořádání svých částí.
Otázka: Jaké jsou některé běžné druhy potenciální energie?
Odpověď: Mezi běžné druhy potenciální energie patří gravitační potenciální energie, elastická potenciální energie a elektrická potenciální energie.
Otázka: Jaká je jednotka SI pro měření energie?
Odpověď: Jednotkou SI pro měření energie je joule (symbol J).
Otázka: Jak se práce ukládá jako potenciální energie?
Odpověď: Práce se uloží jako potenciální energie, když ji vykoná vnější síla, která působí proti silovému poli potenciálu. Tato práce je pak uložena v silovém poli jako potenciální energie.
Otázka: Jak se potenciál mění na kinetickou energii?
Odpověď: Když se odstraní vnější síla, která působila proti silovému poli dané polohy, způsobí to, že se těleso vrátí do výchozí polohy, čímž se zmenší případné natažení pružiny nebo těleso spadne. V tomto okamžiku se veškerý existující potenciál změní na kinetický a celkové množství zůstane konstantní díky zákonu zachování energie.
Otázka: Jak fyzikové definují potenciální energii?
Odpověď: Fyzikové říkají, že potenciální energii lze definovat jako rozdíl mezi energiemi objektu v dané poloze a referenční poloze.
