المحتوى
تبدو الطاقة الكامنة مثل طاقتها البسيطة التي لم تتحقق ، والتفكير بها على هذا النحو يمكن أن يهدئك إلى الاعتقاد بأنها ليست حقيقية. قف تحت خزنة معلقة على ارتفاع 30 قدمًا فوق الأرض ، وقد يتغير رأيك. تتمتع الخزنة بالطاقة الكامنة بسبب قوة الجاذبية ، وإذا قام شخص ما بقطع الحبل الممسك به ، ستتحول هذه الطاقة إلى طاقة حركية ، وبحلول الوقت الذي وصلت إليه الخزنة ، ستكون لديها طاقة "فعلية" كافية لإعطاءها أنت صداع تقسيم.
تعريف أفضل للطاقة المحتملة هو الطاقة المخزنة ، ويستغرق "العمل" لتخزين الطاقة. للفيزياء تعريف محدد للعمل - يتم العمل عندما تحرك القوة جسمًا على مسافة. يرتبط العمل بالطاقة. تقاس في جول في نظام SI ، والتي هي أيضا وحدات الطاقة الكامنة والحركية. لتحويل العمل إلى طاقة محتملة ، عليك أن تتصرف ضد نوع معين من القوة ، وهناك العديد منها. يمكن أن تكون القوة الجاذبية ، ربيع أو حقل كهربائي. تحدد خصائص القوة مقدار الطاقة الكامنة التي تخزنها عن طريق العمل ضدها.
صيغة الطاقة المحتملة لحقل الجاذبية الأرضية
الطريقة التي يعمل بها الجاذبية هي أن جسديتين تجذبان بعضهما البعض ، لكن كل شيء على وجه الأرض صغير جدًا مقارنةً بالكوكب نفسه ، إلى حد أن مجال جاذبية الأرض هو الوحيد المهم. إذا قمت برفع الجسم (م) فوق سطح الأرض ، يختبر هذا الجسم قوة تميل إلى تسريعها نحو الأرض. حجم القوة (F) ، من قانون نيوتن الثاني ، التي قدمها F = ملغ، أين ز هو التسارع بسبب الجاذبية ، وهو ثابت في كل مكان على الأرض.
لنفترض أنك ترفع الجسم إلى ارتفاع هيدروجين. مقدار العمل الذي تقوم به لإنجاز ذلك هو القوة × المسافة ، أو MGH. يتم تخزين هذا العمل كطاقة محتملة ، وبالتالي فإن معادلة الطاقة المحتملة لحقل الجاذبية الأرضية هي ببساطة:
طاقة الجاذبية المحتملة MGH
مرونة الطاقة المحتملة
يمكن للينابيع والعصابات المطاطية وغيرها من المواد المرنة تخزين الطاقة ، وهذا ما تفعله أساسًا عندما تقوم بسحب القوس قبل إطلاق السهم. عندما تقوم بمد أو ضغط نابض ، فإنها تمارس قوة معاكسة تعمل على استعادة الينبوع إلى وضع التوازن الخاص به. يتناسب حجم القوة مع المسافة التي تمدها أو تضغط عليها (إكس). ثابت التناسب (ك) هي سمة الربيع. وفقا للقانون هوكس ، F = −KX. تشير علامة الطرح إلى قوة استعادة الربيع ، والتي تعمل في الاتجاه المعاكس للواحد الذي يمتد أو يضغط عليه.
لحساب الطاقة الكامنة المخزنة في مادة مرنة ، عليك أن تدرك أن القوة تصبح أكبر إكس يزيد. لمسافة لا حصر لها ، على الرغم من أن F ثابت. بتلخيص قوى جميع المسافات اللامتناهية بين 0 (التوازن) والامتداد النهائي أو الانضغاط إكس، يمكنك حساب العمل المنجز والطاقة المخزنة. عملية الجمع هذه هي تقنية رياضية تسمى التكامل. إنها تنتج صيغة الطاقة المحتملة لمادة مرنة:
الطاقة الكامنة = KX2/2
أين إكس هو امتداد و ك هو ثابت الربيع.
الجهد الكهربائي أو الجهد
النظر في نقل شحنة إيجابية ف داخل حقل كهربائي تم إنشاؤه بواسطة شحنة موجبة أكبر Q. بسبب القوى البغيضة الكهربائية ، يتطلب الأمر تحريك الشحنة الصغيرة أقرب إلى الشحنة الأكبر. وفقًا لقانون كولومبس ، فإن القوة بين التهم في أي وقت هي KQQ/ص2، أين ص هي المسافة بينهما. في هذه الحالة، ك هو Coulombs ثابت ، وليس ثابت الربيع. الفيزيائيين تدل على كل منهما ك. يمكنك حساب الطاقة الكامنة من خلال النظر في العمل اللازم للتحرك ف من بعيد بلا حدود من Q إلى بعدها ص. هذا يعطي معادلة الطاقة الكهربائية المحتملة:
الطاقة الكهربائية المحتملة KQQ/ص
الإمكانات الكهربائية مختلفة قليلاً. في كمية الطاقة المخزنة لكل وحدة شحن ، والمعروفة باسم الجهد ، وقياس في فولت (جول / كولوم). معادلة الجهد الكهربائي أو الجهد الناتج عن الشحنة Q على مسافة ص يكون:
الجهد الكهربائي = KQ/ص