Gravitacinė potenciali energija prieš elastinę potencialią energiją
Gravitacinė potencinė energija ir elastinė potencinė energija yra du svarbūs mechanikoje aptariami dydžiai. Šiame straipsnyje bus bandoma palyginti ir sugretinti jų apibrėžimus, panašumus ir skirtumus.
Kas yra gravitacinė potenciali energija?
Norint suprasti gravitacinę potencialią energiją, reikalingos pagrindinės žinios apie gravitacinius laukus. Gravitacija yra jėga, atsirandanti dėl bet kokios masės. Masė yra būtina ir pakankama gravitacijos sąlyga. Aplink bet kurią masę yra apibrėžtas gravitacinis laukas. Paimkite mases m1 ir m2, išdėstytas atstumu r viena nuo kitos. Gravitacinė jėga tarp šių dviejų masių yra G.m1.m2/r2, kur G yra universali gravitacinė konstanta. Kadangi neigiamų masių nėra, gravitacinė jėga visada yra patraukli. Atstumiančių gravitacinių jėgų nėra. Reikia pažymėti, kad gravitacinės jėgos taip pat yra abipusės. Tai reiškia, kad jėga m1, kurią veikia m2, yra lygi ir priešinga jėgai m2, kuri veikia m1. Gravitacinis potencialas taške apibrėžiamas kaip masės vieneto darbo kiekis, kai jis iš begalybės į tam tikrą tašką. Kadangi gravitacinis potencialas begalybėje yra lygus nuliui, o darbo kiekis, kurį reikia atlikti, yra neigiamas, gravitacinis potencialas visada yra neigiamas. Objekto gravitacinė potenciali energija apibrėžiama kaip darbas, atliktas su objektu, kai objektas pakeliamas iš begalybės į minėtą tašką. Tai taip pat lygi gravitacinio potencialo ir objekto masės sandaugai. Kadangi objekto masė visada yra teigiama, o bet kurio taško gravitacinis potencialas yra neigiamas, bet kurio objekto gravitacinė potencialo energija taip pat yra neigiama.
Kas yra elastinga potenciali energija?
Elastingumas yra labai naudinga materijos savybė. Tai medžiagų gebėjimas grįžti į pradinę formą pašalinus išorines jėgas. Pastebima, kad jėga, reikalinga tam, kad ištemptų elastingą strypą, yra proporcinga ištemptam strypo ilgiui. Proporcingumo konstanta yra žinoma kaip spyruoklės konstanta ir žymima k. Tai suteikia mums lygtį F=-kx. Minuso ženklas reiškia atvirkštinę x kryptį jėgos atžvilgiu. Tamprioji potenciali energija yra darbo kiekis, kurio reikia tampriam objektui ištempti tam tikru ilgiu x. Kadangi jėga veikia F(x)=kx, atliktas darbas yra lygus F(x) integracijai nuo nulio iki x, atsižvelgiant į dx, tai yra lygus kx2 /2. Todėl potenciali energija yra kx2/2. Reikia pažymėti, kad bet kurio prie strypo galo pritvirtinto objekto potenciali energija priklauso ne nuo objekto masės, o tik nuo spyruoklės konstantos ir ištempto ilgio.
Kuo skiriasi gravitacinė ir elastinė potencinė energija?
• Gravitacinė potencinė energija visada yra neigiama, o elastinė potenciali energija visada yra teigiama.
• Gravitacinė potencinė energija priklauso nuo objekto masės, bet elastinė potencinė energija nepriklauso nuo masės.
