Gravitationspotentialenergi vs Elastic Potential Energy
Gravitationel potentiel energi og elastisk potentiel energi er to vigtige størrelser, der diskuteres i mekanik. Denne artikel vil forsøge at sammenligne og kontrastere deres definitioner, deres ligheder og forskelle.
Hvad er gravitationspotentiel energi?
For at forstå den gravitationelle potentielle energi kræves baggrundsviden i gravitationsfelter. Tyngdekraften er den kraft, der opstår på grund af enhver masse. Masse er den nødvendige og tilstrækkelige betingelse for tyngdekraften. Der er et gravitationsfelt defineret omkring enhver masse. Tag masserne m1 og m2 placeret i en afstand r fra hinanden. Tyngdekraften mellem disse to masser er G.m1.m2/r2, hvor G er den universelle gravitationskonstant. Da negative masser ikke er til stede, er tyngdekraften altid attraktiv. Der er ingen frastødende gravitationskræfter. Det skal bemærkes, at gravitationskræfter også er gensidige. Det betyder, at kraften m1 udøver på m2 er lig og modsat den kraft m2 udøver på m1. Gravitationspotentialet i et punkt er defineret som mængden af arbejde udført på en enhedsmasse, når den bringes fra uendeligt til det givne punkt. Da gravitationspotentialet ved det uendelige er nul, og mængden af arbejde, der skal udføres, er negativ, er gravitationspotentialet altid negativt. Den gravitationelle potentielle energi af et objekt er defineret som det arbejde, der udføres på objektet, når objektet tages fra det uendelige til det nævnte punkt. Dette er også lig med produktet af gravitationspotentialet og objektets masse. Da objektets masse altid er positiv, og gravitationspotentialet for et hvilket som helst punkt er negativt, er den gravitationelle potentielle energi for ethvert objekt også negativ.
Hvad er elastisk potentiel energi?
Elasticitet er en meget nyttig egenskab ved stof. Det er materialernes evne til at vende tilbage til deres oprindelige form, efter at de ydre kræfter er fjernet. Det observeres, at den kraft, der kræves for at holde en elastisk stang strakt, er proportional med den strakte længde af stangen. Proportionalitetskonstanten er kendt som fjederkonstanten og er angivet ved hjælp af k. Dette giver os ligningen F=-kx. Minustegnet står for den omvendte retning af x til kraften. Den elastiske potentielle energi er den mængde arbejde, der kræves for at strække det elastiske objekt med en given længde x. Da kraften påført F(x)=kx, er det udførte arbejde lig med integrationen af F(x) fra nul til x, med hensyn til dx, som er lig med kx2 /2. Derfor er den potentielle energi kx2/2. Det skal bemærkes, at den potentielle energi af enhver genstand, der er fastgjort til enden af stangen, ikke afhænger af objektets masse, men kun af fjederkonstanten og den strakte længde.
Hvad er forskellen mellem gravitationel og elastisk potentiel energi?
• Gravitationspotentialenergi er altid negativ, mens den elastiske potentielle energi altid er positiv.
• Gravitationspotentialenergi afhænger af objektets masse, men elastisk potentiel energi afhænger ikke af massen.
