Vztah mezi potenciální energií a vzdáleností: podrobná fakta

V tomto článku budeme diskutovat o vztahu mezi potenciální energií a vzdáleností.

Potenciální energie se může zvyšovat nebo snižovat se vzdáleností v závislosti na typech sil působících na systém. U odpudivých sil se bude potenciální energie snižovat a u přitažlivých sil bude potenciální energie eskalovat s rostoucí vzdáleností.

Zvyšuje se potenciální energie se vzdáleností mezi částicemi

Potenciální energie jakéhokoli systému skutečně závisí na vzdálenosti v závislosti na typech sil působících na objekty. Potenciální energie nepopiratelně závisí na vzdálenosti a je vzájemně nepřímo úměrná. Pokud je síla mezi těmito dvěma přitažlivá, potenciální energie se bude zvyšovat s rostoucí vzdáleností mezi nimi oběma, a pokud je síla odpudivá, pak se potenciální energie zvýší a sníží se vzdálenost mezi nimi.

Pojďme rozvést naši diskusi o tom, jak změna vzdálenosti ovlivní potenciální energii.

Gravitace:

Slabá gravitace je pociťována na všech předmětech přítomných v blízkosti a na povrchu Země v důsledku gravitace Země. Potenciální energie jakéhokoli objektu na povrchu Země je vždy rovna nule. Potenciální energie související s jakýmkoli objektem závisí na hmotnosti objektu v důsledku gravitace a výšce objektu od země. Potenciální energie je tedy označena jako:

V = mgh

To ukazuje, že potenciální energie je přímo úměrná výšce objektu nad zemí. Ale jak je gravitační síla Země vyvíjena na objekty, které ji obklopují, objekt je přitahován zpět k povrchu Země a během této doby je potenciální energie objektu využita k návratu zpět na zem a přeměňuje potenciální energii na kinetickou. energie, která urychluje objekt k zemi. To je univerzální fakt, že všechny předměty mají tendenci zabírat nejnižší potenciální energetickou hladinu.

Gravitační potenciál energie mezi dvěma tělesy v prostoru:

Gravitační síla působící na dvě tělesa v prostoru je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi oběma. Je reprezentován vzorcem

F=G*(m₁m₂)/r²

Kde G je gravitační konstanta.

Potenciální energie hmot způsobená gravitační silou je integrální hodnotou zkušenosti přitažlivé síly mezi dvěma hmotami, a proto můžeme psát

Potenciální energie -

Z výše uvedené rovnice můžeme říci, že potenciální energie dvou těles závisí na vzdálenosti mezi dvěma spojenými v přímce. Záporné znaménko znamená, že vykonaná práce je záporná, a proto je síla přitažlivá. Pokud se tedy vzdálenost mezi těmito dvěma zvětší, vykoná se méně práce a potenciální energie se zvýší.

To jasně ukazuje, že pokud je vzdálenost mezi nebeskými tělesy velká, znamená to, že potenciální energie spojená s nebeským objektem je také větší.

Elektrický potenciál energie:

Elektrický potenciál je množství potenciálu na jednotku náboje, zatímco elektrická potenciální energie je množství energie potřebné k přenesení nabité částice ze vzdálenosti do tohoto bodu.

Uvažujme nábojovou částici q₁ mající kladný náboj 1C udržovaný ve vzdálenosti 'r' od bodového náboje.

Potom potenciál náboje q₁bude

Když je bodový náboj nahrazen nábojem q₂ mající stejný náboj jako q₁ pak silová zkušenost na náboji q₁ kvůli q₂ a na nabití q₂ kvůli q₁ is

Protože potenciální energie spojená s částicí je integrálním výsledkem všech sil působících na částici. Proto se potenciální energie bude rovnat

V tomto případě, jak se bude vzdálenost mezi dvěma náboji zvětšovat, potenciální energie bude klesat s ohledem na vzdálenost. Protože se dva stejné náboje budou od sebe odpuzovat, je zapotřebí velká potenciální energie, aby se oba náboje přiblížily k sobě.

Nyní, pokud by náboj udržovaný u zdroje byl záporně nabitý, pak by elektrostatická síla působící rovnoměrně na každou částici byla

Projekt záporné znaménko potenciální energie znamená, že síla mezi dvěma opačně nabitými částicemi je přitažlivá. V tomto případě, jak se vzdálenost mezi dvěma částicemi náboje zvětšuje, potenciální energie generovaná částicemi k vzájemnému přitahování se také zvyšuje.

Potenciální energie díky jaru:

Uvažujme dřevěný blok o hmotnosti 'm' připojený k jednomu konci pružiny s konstantní hodnotou pružiny 'k' a druhý konec pružiny připojený k pevné stěně. Síla je aplikována ve směru znázorněném na obrázku, aby se dřevěný blok posunul do vzdálenosti „x“ od výchozí polohy. Síla potřebná k vytažení dřevěného bloku připevněného k provázku je kx. Blok získá dostatek potenciální energie, která se po uvolnění přemění na kinetickou energii a díky elastické vlastnosti pružiny se blok mírně posune směrem k tuhé stěně.

Potenciální energie pružiny se rovná práci vykonané pružinou a je dána jako integrál síly působící na hmotu v důsledku pružiny. Proto,

Pokud je hmota připojená k struně tažena dále, potenciální energie se také zvýší o druhou mocninu posunutí.

Přečtěte si více o potenciální energie.

Jak hmotnost a vzdálenost objektu ovlivňují potenciální energii

Podle vztahu hmotnostně-energetické ekvivalence popsaného Albertem Einsteinem a formulovaného rovnicí E=mc²; hmotnost objektu koreluje s energií, se kterou je spojen. Vnitřní energie uložená v objektu je jeho potenciál. K provedení jakékoli práce se tato potenciální energie využívá přeměnou této energie na jinou formu energie.

Ve většině případů, jak je vidět výše, potenciální energie klesá se vzdáleností, protože potenciální energie je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi objektem a zdrojem nebo mezi dvěma objekty. Ale také jsme si všimli, že když je síla mezi dvěma tělesy přitažlivá, pak se potenciální energie zvyšuje, jak se vzdálenost oddělující obě tělesa zvětšuje.

Proč se potenciální energie zvyšuje se vzdáleností

Pokud se vzdálenost oddělující dva objekty zvětší, pak se potenciální energie také zvýší, pokud je síla působící mezi dvěma objekty přitažlivá. To je proto, že; Budeme-li neustále zvětšovat vzdálenost mezi nimi, bude zapotřebí stále menší síly, aby se objekty oddělily od sebe, protože síla klesá na druhou mocninu zvětšené vzdálenosti mezi nimi.

Práce vykonaná systémem se podobá potenciální energii potřebné k provedení práce. Pokud jsou dvě vzájemně atraktivní tělesa umístěna blíže k sobě, pak bude k přiblížení těchto dvou objektů zapotřebí velmi méně potenciální energie. Pokud jsou těla daleko, bude k provedení stejné práce potřeba větší potenciál. Pokud se vzdálenost mezi dvěma objekty zvětší, bude potřeba stále více potenciální energie.

Přečtěte si více o 20+ příkladů potenciální energie: podrobná fakta.

Často kladené otázky

Zjistěte potenciální energii struny s konstantou pružiny 25 Nm^-1 a výtlak 20 cm.

Zadáno:

k = 25 Nm^-1

x = 20 cm = 0.2 m

Potenciál uložená energie ve struně natažené ve vzdálenosti 20 cm je 0.5 J.

Proč je potenciální energie přitažlivé síly záporná?

V přitažlivých silách částice vyvíjejí přitažlivou sílu, aby je přitáhly blíže k sobě. Je třeba udělat práci, aby se oba udrželi v konečné vzdálenosti.

Síla aplikovaná k tomu je ve směru opačném vůči přitažlivé síle mezi dvěma částicemi, a tudíž práce vykonaná ve směru proti přitažlivé síle. Protože použitá potenciální energie odpovídá vykonané práci, je záporná.

Také čtení:

• Jak zlepšit elastickou energetickou účinnost v bungee šňůrách pro bezpečnost
• Jak vypočítat energii v rozšířené realitě
• Jak vypočítat energii v piezoelektrických materiálech
• Jak optimalizovat uvolňování chemické energie v airbagech pro bezpečnost vozidla
• Elektrická energie k jaderné energii
• Jak zjistit přenos energie při výměně tepla
• Jak lidé využívají světlo pro energii prostřednictvím technologií, jako jsou solární panely?
• Jak zvýšit sklizeň kinetické energie v chytrých silnicích pro napájení pouličního osvětlení
• Příklady magnetické energie
• Jak najít sílu pomocí kinetické energie