Гравитационна потенциална енергия срещу еластична потенциална енергия
Гравитационната потенциална енергия и еластичната потенциална енергия са две важни величини, обсъждани в механиката. Тази статия ще се опита да сравни и контрастира какви са техните дефиниции, техните прилики и разлики.
Какво е гравитационна потенциална енергия?
За да разберете гравитационната потенциална енергия, са необходими основни познания за гравитационните полета. Гравитацията е силата, която възниква поради всяка маса. Масата е необходимото и достатъчно условие за гравитацията. Има гравитационно поле, определено около всяка маса. Вземете маси m1 и m2, поставени на разстояние r една от друга. Гравитационната сила между тези две маси е G.m1.m2/r2, където G е универсалната гравитационна константа. Тъй като не присъстват отрицателни маси, гравитационната сила винаги е притегателна. Няма отблъскващи гравитационни сили. Трябва да се отбележи, че гравитационните сили също са взаимни. Това означава, че силата m1, упражнена върху m2, е равна и противоположна на силата, която m2 упражнява върху m1. Гравитационният потенциал в дадена точка се определя като количеството работа, извършена върху единица маса при пренасянето й от безкрайността до дадена точка. Тъй като гравитационният потенциал в безкрайност е нула и количеството работа, която трябва да се извърши, е отрицателно, гравитационният потенциал винаги е отрицателен. Гравитационната потенциална енергия на даден обект се определя като работата, извършена върху обекта, когато обектът се изведе от безкрайността до споменатата точка. Това също е равно на произведението на гравитационния потенциал и масата на обекта. Тъй като масата на обекта винаги е положителна, а гравитационният потенциал на всяка точка е отрицателен, гравитационната потенциална енергия на всеки обект също е отрицателна.
Какво е еластична потенциална енергия?
Еластичността е много полезно свойство на материята. Това е способността на материалите да се връщат в първоначалната си форма след отстраняване на външните сили. Наблюдава се, че силата, необходима за поддържане на опъната еластична пръчка, е пропорционална на опъната дължина на пръчката. Константата на пропорционалност е известна като константа на пружината и се означава с k. Това ни дава уравнението F=-kx. Знакът минус означава посоката, обратна на х спрямо силата. Еластичната потенциална енергия е количеството работа, което е необходимо за разтягане на еластичния обект с дадена дължина x. Тъй като приложената сила F(x)=kx, извършената работа е равна на интегрирането на F(x) от нула до x по отношение на dx, което е равно на kx2 /2. Следователно потенциалната енергия е kx2/2. Трябва да се отбележи, че потенциалната енергия на всеки обект, прикрепен към края на пръта, не зависи от масата на обекта, а само от константата на пружината и разтегнатата дължина.
Каква е разликата между гравитационната и еластичната потенциална енергия?
• Гравитационната потенциална енергия винаги е отрицателна, докато еластичната потенциална енергия е винаги положителна.
• Гравитационната потенциална енергия зависи от масата на обекта, но еластичната потенциална енергия не зависи от масата.
