Energia potențială gravitațională vs energia potențială elastică
Energia potențială gravitațională și energia potențială elastică sunt două cantități importante discutate în mecanică. Acest articol va încerca să compare și să contrasteze care sunt definițiile lor, asemănările și diferențele lor.
Ce este energia potențială gravitațională?
Pentru a înțelege energia potențială gravitațională, sunt necesare cunoștințe de bază în câmpurile gravitaționale. Gravitația este forța care apare din cauza oricărei mase. Masa este condiția necesară și suficientă pentru gravitație. Există un câmp gravitațional definit în jurul oricărei mase. Luați mase m1 și m2 plasate la o distanță r una de alta. Forța gravitațională dintre aceste două mase este G.m1.m2/r2, unde G este constanta gravitațională universală. Deoarece nu sunt prezente mase negative, forța gravitațională este întotdeauna atractivă. Nu există forțe gravitaționale respingătoare. Trebuie remarcat faptul că și forțele gravitaționale sunt reciproce. Aceasta înseamnă că forța m1 exercitată asupra m2 este egală și opusă forței pe care m2 o exercită asupra m1. Potențialul gravitațional într-un punct este definit ca cantitatea de lucru efectuată asupra unei unități de masă atunci când o aduceți de la infinit la punctul dat. Deoarece potențialul gravitațional la infinit este zero și cantitatea de lucru care trebuie făcută este negativă, potențialul gravitațional este întotdeauna negativ. Energia potențială gravitațională a unui obiect este definită ca lucrul efectuat asupra obiectului atunci când obiectul este dus de la infinit la punctul menționat. Acesta este, de asemenea, egal cu produsul potențialului gravitațional și masa obiectului. Deoarece masa obiectului este întotdeauna pozitivă și potențialul gravitațional al oricărui punct este negativ, energia potențială gravitațională a oricărui obiect este, de asemenea, negativă.
Ce este energia potențială elastică?
Elasticitatea este o proprietate foarte utilă a materiei. Este capacitatea materialelor de a reveni la forma lor originală după ce forțele externe sunt îndepărtate. Se observă că forța necesară pentru a menține întinsă o tijă elastică este proporțională cu lungimea întinsă a tijei. Constanta de proporționalitate este cunoscută sub denumirea de constantă elastică și se notează cu k. Aceasta ne dă ecuația F=-kx. Semnul minus reprezintă direcția inversă a lui x față de forță. Energia potențială elastică este cantitatea de lucru necesară pentru a întinde obiectul elastic cu o lungime dată x. Deoarece forța aplicată F(x)=kx, munca efectuată este egală cu integrarea lui F(x) de la zero la x, în raport cu dx, adică egal cu kx2 /2. Prin urmare, energia potențială este kx2/2. Trebuie remarcat faptul că energia potențială a oricărui obiect atașat la capătul tijei nu depinde de masa obiectului ci doar de constanta arcului și de lungimea întinsă.
Care este diferența dintre energia potențială gravitațională și elastică?
• Energia potențială gravitațională este întotdeauna negativă, în timp ce energia potențială elastică este întotdeauna pozitivă.
• Energia potențială gravitațională depinde de masa obiectului, dar energia potențială elastică nu depinde de masă.
