Potencialna energija
Potencialna energija je shranjena ali zadržana energija predmeta. Pogosto se razlikuje od kinetične energije.
V fiziki je potencialna energija energija, ki jo ima predmet zaradi svojega položaja v polju sil ali ki jo ima sistem zaradi razporeditve svojih delov. Pogoste vrste vključujejo gravitacijsko potencialno energijo predmeta, ki je odvisna od njegove navpične lege in mase, elastično potencialno energijo podaljšane vzmeti in električno potencialno energijo naboja v električnem polju. Enota SI za energijo je joule (simbol J).
Potencialno energijo pogosto povezujemo s silami, ki obnavljajo energijo, kot sta vzmet ali sila teže. Pri raztezanju vzmeti ali dvigovanju mase deluje zunanja sila, ki deluje proti polju sil potenciala. To delo se shrani v polju sil, za katerega pravimo, da je shranjeno kot potencialna energija. Če zunanjo silo odstranimo, polje sil deluje na telo, da opravi delo, saj telo premakne nazaj v začetni položaj, kar zmanjša raztezanje vzmeti ali povzroči padec telesa. Ko se to zgodi, se potencialna energija spremeni v kinetično energijo. Skupna energija ostane enaka zaradi zakona o ohranitvi energije.
Fiziki pravijo, da je potencialna energija razlika med energijo predmeta v danem položaju in njegovo energijo v referenčnem položaju.
Preprosti primeri
Če kamen peljemo v hrib, se njegova potencialna energija pod vplivom težnosti poveča. Raztegovanje gumijastega traku poveča njegovo elastično potencialno energijo, ki je oblika električne potencialne energije. Mešanica goriva in oksidanta ima kemijsko potencialno energijo, ki je druga oblika električne potencialne energije. Tudi baterije imajo kemično potencialno energijo.
Vrste potencialne energije
Obstajajo različne vrste potencialne energije, vsaka pa je povezana z določeno vrsto sile.
Gravitacijska potencialna energija
Gravitacijska potencialna energija se pojavi pri predmetu, kadar sta v sistemu dejavnika višina in masa. Gravitacijska potencialna energija povzroča, da se predmeti premikajo drug proti drugemu. Če predmet dvignemo za določeno razdaljo od površine Zemlje, je sila, ki jo občutimo, posledica mase in višine. Delo je opredeljeno kot sila na določeni razdalji, delo pa je druga beseda za energijo. Potencialna energija, ki se doda pri dvigovanju predmeta, je:
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h} 
kjer je
F {\displaystyle F}
je sila teže
Δ h {\displaystyle \Delta h}
je sprememba višine
ali
U = m g h {\displaystyle U=mgh} 
Tu je g = 9,81 m/s 2 {\textstyle g=9,81\ \mathrm {m/s} ^{2}}
je težnostni pospešek.
Celotno delo, ki ga opravi gravitacijska potencialna energija, ko predmet pade s položaja 1 na položaj 2, je:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}} 
ali
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}} 
kjer je
m {\displaystyle m}
je masa predmeta
h 1 {\displaystyle h_{1}}
je prvi položaj
h 2 {\displaystyle h_{2}}
je drugi položaj
Električna potencialna energija
Električno potencialno energijo imajo različni in enaki naboji, saj se medsebojno odbijajo ali privlačijo. Naboji so lahko pozitivni (+) ali negativni (-), pri čemer se nasprotni naboji privlačijo, podobni pa odbijajo. Če sta dva naboja na določeni razdalji drug od drugega, lahko potencialno energijo, shranjeno med nabojema, izračunamo z
U = k Q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}}} 
kjer je
k {\displaystyle k}
je 1/4πє (za zrak ali vakuum je 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}} 
)
Q {\displaystyle Q}
je prvi naboj
q {\displaystyle q}
je drugi naboj
r {\displaystyle r}
je medsebojna razdalja
Elastična potencialna energija
Elastična potencialna energija se pojavi, ko se gumijast material odtrga ali potisne skupaj. Količina potencialne energije, ki jo ima material, je odvisna od razdalje, na katero je potegnjen ali potisnjen. Daljša kot je potisnjena razdalja, večjo elastično potencialno energijo ima snov. Če material vlečemo ali potiskamo, lahko potencialno energijo izračunamo tako:
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}kx^{2}} 
kjer je
k {\displaystyle k} je konstanta vzmetne sile (kako dobro se material raztegne ali stisne)
x {\displaystyle x}
je razdalja, na katero se je material premaknil od prvotnega položaja
Sorodne strani
- Kinetična energija
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je potencialna energija?
O: Potencialna energija je shranjena ali zadržana energija predmeta. Pogosto se razlikuje od kinetične energije in je energija, ki jo ima predmet zaradi svojega položaja v polju sil ali ki jo ima sistem zaradi načina razporeditve svojih delov.
V: Katere so pogoste vrste potencialne energije?
O: Pogoste vrste potencialne energije so gravitacijska potencialna energija, elastična potencialna energija in električna potencialna energija.
V: Katera je enota SI za merjenje energije?
O: Enota SI za merjenje energije je joule (simbol J).
V: Kako se delo shrani v obliki potencialne energije?
O: Delo se shrani kot potencialna energija, ko ga opravi zunanja sila, ki deluje proti polju sil potenciala. To delo je nato shranjeno v polju sil kot potencialna energija.
V: Kako se potencial spremeni v kinetično energijo?
O: Ko zunanja sila, ki je delovala proti polju sil danega položaja, preneha delovati, se telo premakne nazaj v začetni položaj, kar zmanjša raztezek vzmeti ali povzroči padec telesa. Na tej točki se vsak obstoječi potencial spremeni v kinetičnega, skupna količina pa ostane konstantna zaradi zakona o ohranitvi energije.
V: Kako fiziki opredeljujejo potencialno energijo?
O: Fiziki pravijo, da lahko potencialno energijo opredelimo kot razliko med energijama predmeta v danem in referenčnem položaju.
