Gravitačná potenciálna energia verzus elastická potenciálna energia
Gravitačná potenciálna energia a elastická potenciálna energia sú dve dôležité veličiny diskutované v mechanike. Tento článok sa pokúsi porovnať a porovnať, aké sú ich definície, ich podobnosti a rozdiely.
Čo je gravitačná potenciálna energia?
Na pochopenie gravitačnej potenciálnej energie sú potrebné základné znalosti o gravitačných poliach. Gravitácia je sila, ktorá vzniká v dôsledku akejkoľvek hmotnosti. Hmotnosť je nevyhnutnou a postačujúcou podmienkou pre gravitáciu. Okolo akejkoľvek hmoty je definované gravitačné pole. Vezmite hmotnosti m1 a m2 umiestnené vo vzdialenosti r od seba. Gravitačná sila medzi týmito dvoma hmotnosťami je G.m1.m2/r2, kde G je univerzálna gravitačná konštanta. Keďže záporné hmoty nie sú prítomné, gravitačná sila je vždy príťažlivá. Neexistujú žiadne odpudivé gravitačné sily. Je potrebné poznamenať, že gravitačné sily sú tiež vzájomné. To znamená, že sila m1 pôsobiaca na m2 je rovnaká a opačná ako sila m2 pôsobí na m1. Gravitačný potenciál v bode je definovaný ako množstvo práce vykonanej na jednotkovej hmotnosti pri jej privedení z nekonečna do daného bodu. Keďže gravitačný potenciál v nekonečne je nulový a množstvo práce, ktorú treba vykonať, je záporné, gravitačný potenciál je vždy záporný. Gravitačná potenciálna energia objektu je definovaná ako práca vykonaná na objekte, keď sa objekt presunie z nekonečna do uvedeného bodu. To sa tiež rovná súčinu gravitačného potenciálu a hmotnosti objektu. Keďže hmotnosť objektu je vždy kladná a gravitačný potenciál akéhokoľvek bodu záporný, gravitačná potenciálna energia akéhokoľvek objektu je tiež záporná.
Čo je elastická potenciálna energia?
Elasticita je veľmi užitočná vlastnosť hmoty. Je to schopnosť materiálov vrátiť sa do pôvodného tvaru po odstránení vonkajších síl. Zistilo sa, že sila potrebná na udržanie elastickej tyče napnutej je úmerná natiahnutej dĺžke tyče. Konštanta úmernosti je známa ako pružinová konštanta a označuje sa pomocou k. To nám dáva rovnicu F=-kx. Znamienko mínus znamená opačný smer x voči sile. Elastická potenciálna energia je množstvo práce, ktorá je potrebná na natiahnutie pružného objektu o danú dĺžku x. Pretože aplikovaná sila F(x)=kx, vykonaná práca sa rovná integrácii F(x) od nuly do x vzhľadom na dx, čo sa rovná kx2 /2. Preto je potenciálna energia kx2/2. Je potrebné poznamenať, že potenciálna energia akéhokoľvek predmetu pripojeného ku koncu tyče nezávisí od hmotnosti predmetu, ale iba od konštanty pružiny a natiahnutej dĺžky.
Aký je rozdiel medzi gravitačnou a elastickou potenciálnou energiou?
• Gravitačná potenciálna energia je vždy záporná, zatiaľ čo elastická potenciálna energia je vždy kladná.
• Gravitačná potenciálna energia závisí od hmotnosti objektu, ale elastická potenciálna energia nezávisí od hmotnosti.
