Gravitationspotentialenergi vs Elastic Potential Energy
Gravitationell potentiell energi och elastisk potentiell energi är två viktiga storheter som diskuteras inom mekanik. Den här artikeln kommer att försöka jämföra och kontrastera vad deras definitioner, likheter och skillnader är.
Vad är gravitationspotentialenergi?
För att förstå den potentiella gravitationsenergin krävs bakgrundskunskap inom gravitationsfält. Tyngdkraften är den kraft som uppstår på grund av någon massa. Massa är det nödvändiga och tillräckliga villkoret för gravitationen. Det finns ett gravitationsfält definierat runt vilken massa som helst. Ta massorna m1 och m2 placerade på avstånd r från varandra. Gravitationskraften mellan dessa två massor är G.m1.m2/r2, där G är den universella gravitationskonstanten. Eftersom negativa massor inte är närvarande är gravitationskraften alltid attraktiv. Det finns inga frånstötande gravitationskrafter. Det måste noteras att gravitationskrafter också är ömsesidiga. Det betyder att kraften m1 utövar på m2 är lika stor och motsatt kraften m2 utövar på m1. Gravitationspotentialen vid en punkt definieras som mängden arbete som utförs på en massaenhet när den förs från oändligheten till den givna punkten. Eftersom gravitationspotentialen i oändligheten är noll och mängden arbete som måste utföras är negativ, är gravitationspotentialen alltid negativ. Den gravitationella potentiella energin för ett objekt definieras som det arbete som utförs på objektet när objektet tas från oändligheten till nämnda punkt. Detta är också lika med produkten av gravitationspotentialen och föremålets massa. Eftersom objektets massa alltid är positiv och gravitationspotentialen för vilken punkt som helst är negativ, är den potentiella gravitationsenergin för ett objekt också negativ.
Vad är elastisk potentiell energi?
Elasticitet är en mycket användbar egenskap hos materia. Det är materialens förmåga att återgå till sin ursprungliga form efter att de yttre krafterna har avlägsnats. Det observeras att kraften som krävs för att hålla en elastisk stav sträckt är proportionell mot stavens sträckta längd. Proportionalitetskonstanten är känd som fjäderkonstanten och betecknas med k. Detta ger oss ekvationen F=-kx. Minustecknet står för den omvända riktningen av x till kraften. Den elastiska potentiella energin är mängden arbete som krävs för att sträcka det elastiska föremålet med en given längd x. Eftersom kraften som appliceras F(x)=kx är det utförda arbetet lika med integrationen av F(x) från noll till x, med avseende på dx, som är lika med kx2 /2. Därför är den potentiella energin kx2/2. Det måste noteras att den potentiella energin för ett föremål som är fäst vid änden av stången inte beror på föremålets massa utan bara på fjäderkonstanten och den sträckta längden.
Vad är skillnaden mellan gravitationell och elastisk potentiell energi?
• Gravitationspotentialenergin är alltid negativ medan den elastiska potentiella energin alltid är positiv.
• Gravitationspotentialenergi beror på föremålets massa, men elastisk potentiell energi beror inte på massan.
