Energia kinetyczna i potencjalna

Energia kinetyczna jest energia opętana przez ciało z powodu jego ruch. Energia potencjalna jest energią posiadaną przez ciało z powodu jej pozycja Lub państwo. Podczas gdy energia kinetyczna obiektu jest w stosunku do stanu innych obiektów w jego środowisku, energia potencjalna jest całkowicie niezależna od środowiska. Stąd przyspieszenie obiektu nie jest widoczne w ruchu jednego obiektu, w którym inne obiekty w tym samym środowisku są również w ruchu. Na przykład kula wyśród osoby stojącej, która ma energię kinetyczną, ale kula nie ma energii kinetycznej w odniesieniu do pociągu poruszającego się.

Wykres porównania

Interkonwersja energii kinetycznej i potencjalnej

Prawo konserwacji energii stwierdza, że ​​energii nie można zniszczyć, ale może zostać przekształcone tylko z jednej formy w drugą. Weź klasyczny przykład prostego wahadła. W miarę jak wahadło zawieszone ciało porusza się wyżej, a ze względu na pozycję energia potencjalna wzrasta i osiąga maksimum na górze. Gdy wahadło rozpoczyna się w dół, przechowywana energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną.

Kiedy sprężyna jest rozciągnięta na bok, wywiera siłę na drugą stronę, aby mogła wrócić do pierwotnego stanu. Siła ta nazywa się siłą przywracającą i działa w celu wprowadzenia przedmiotów i systemów do ich pozycji niskiego poziomu energii. Siła wymagana do rozciągania sprężyny jest przechowywana w metalu jako energia potencjalna. Po uwolnieniu sprężyny przechowywana energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną przez siłę przywracającą.

Po podniesieniu jakiejkolwiek masy siła grawitacyjna Ziemi (i siła przywracająca w tym przypadku) działa, aby ją sprowadzić. Energia potrzebna do podniesienia masy jest przechowywana jako energia potencjalna ze względu na jej pozycję. Gdy masa jest upuszczana, przechowywana energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną.

Etymologia

Słowo „kinetyczne” pochodzi od greckiego słowa kinesis, co oznacza „ruch.„Terminy„ Energia kinetyczna ”i„ praca ”, zgodnie z rozumianymi i używanymi dzisiaj, powstały w XIX wieku. W szczególności uważa się, że „energia kinetyczna” została wymyślona przez Williama Thomsona (Lord Kelvin) około 1850 r.

Termin „Energia potencjalna” została wymyślona przez Williama Rankine'a, szkockiego fizyka i inżyniera, który skontaktował się z różnorodnymi naukami, w tym termodynamiki.

Rodzaje energii kinetycznej i energii potencjalnej

Energię kinetyczną można podzielić na dwa typy, w zależności od rodzaju obiektów:

• Translacyjna energia kinetyczna
• Rotacyjna energia kinetyczna

Sztywne ciała nie obracające się mają ruch prostoliniowy. Zatem translacyjna energia kinetyczna jest energią kinetyczną posiadaną przez obiekt poruszający się w linii prostej. Energia kinetyczna obiektu jest związana z jego pędem (iloczyn masy i prędkości, p = mv, gdzie m jest masą, a v jest prędkością). Energia kinetyczna jest powiązana z pędem poprzez relację e = p^2 / 2m, a zatem translacyjna energia kinetyczna jest obliczana jako e = ½ mV^2. Sztywne ciała, które obracają się wzdłuż środka masy, posiadają energię kinetyczną obrotową. Obrotowa energia kinetyczna obracającego się ciała oblicza się jako całkowita energia kinetyczna jej różnych ruchomych części. Ciała w spoczynku mają również energię kinetyczną. Atomy i cząsteczki w nim są w ciągłym ruchu. Energia kinetyczna takiego ciała jest miarą jego temperatury.

Energia potencjalna jest klasyfikowana w zależności od obowiązującej siły przywracania.

• Grawitacyjna energia potencjalna - energia potencjalna obiektu związana z siłą grawitacyjną. Na przykład, gdy książka jest umieszczona na stole, energia wymagana do podniesienia książki z podłogi i energii posiadanej przez książkę ze względu na jej podwyższoną pozycję na stole jest energia grawitacyjna. Tutaj grawitacja jest siłą przywracającą.
• Elastyczna Energia potencjalna - Energia posiadana przez elastyczne ciało, takie jak łuk i katapulta, gdy jest rozciągnięta i zdeformowana w jednym kierunku, jest elastyczna energia potencjalna. Siła przywracająca to elastyczność, która działa w przeciwnym kierunku.
• Energia potencjalna chemiczna - Energia związana z rozmieszczeniem atomów i cząsteczek w strukturze jest energia potencjału chemicznego. Energia chemiczna posiadana przez substancję ze względu na potencjał, jaki musi poddać się zmianie chemicznej poprzez udział w reakcji chemicznej jest energią potencjalną chemiczną substancji. Na przykład, gdy stosuje się paliwo, energia chemiczna przechowywana w paliwie jest przekształcana w celu wytwarzania ciepła.
• Elektryczna energia potencjalna - Energia posiadana przez obiekt na mocy ładunku elektrycznego to energia potencjalna elektryczna. Istnieją dwa typy - energia potencjalna elektrostatyczna i energia potencjalna elektrodynamiczna lub energia potencjalna magnetyczna.
• Energia potencjału jądrowego - Energia potencjalna posiadana przez cząstki (neutrony, protony) wewnątrz jądra atomowego jest energia potencjału jądrowego. Na przykład fuzja wodoru w słońcu przekształca energię potencjalną przechowywaną w materii słonecznej w energię światła.

Aplikacje

• Kolejka górska w parku rozrywki zaczyna się od konwersji energii kinetycznej w grawitacyjną energię potencjalną.
• Grawitacyjna energia potencjalna utrzymuje planety na orbicie wokół słońca.
• Pociski są rzucane przez trebuchet, wykorzystując grawitacyjną energię potencjalną.
• W statkach kosmicznych energia chemiczna jest wykorzystywana do startu, po czym zwiększa się energia kinetyczna, aby osiągnąć prędkość orbitalną. Zyskana energia kinetyczna pozostaje stała na orbicie.
• Energia kinetyczna dana na wskazówkę w grze bilardowej jest przenoszona na inne piłki przez kolizje.