Różnica między grawitacyjną energią potencjalną a sprężystą energią potencjalną

Grawitacyjna energia potencjalna a sprężysta energia potencjalna

Grawitacyjna energia potencjalna i sprężysta energia potencjalna to dwie ważne wielkości omawiane w mechanice. W tym artykule postaram się porównać i porównać ich definicje, podobieństwa i różnice.

Czym jest grawitacyjna energia potencjalna?

Aby zrozumieć grawitacyjną energię potencjalną, wymagana jest wiedza podstawowa w zakresie pól grawitacyjnych. Grawitacja to siła występująca z powodu dowolnej masy. Masa jest koniecznym i wystarczającym warunkiem grawitacji. Wokół dowolnej masy zdefiniowane jest pole grawitacyjne. Weź masy m1 i m2 umieszczone w odległości r od siebie. Siła grawitacyjna między tymi dwiema masami wynosi G.m1.m2 / r²⁾, gdzie G jest uniwersalną stałą grawitacyjną. Ponieważ masy ujemne nie są obecne, siła grawitacji jest zawsze atrakcyjna. Nie ma odpychających sił grawitacyjnych. Należy zauważyć, że siły grawitacyjne są również wzajemne. Oznacza to, że siła m1 wywierana na m2 jest równa i przeciwna do siły m2 wywieranej na m1. Potencjał grawitacyjny w punkcie jest definiowany jako ilość pracy wykonanej na masie jednostkowej podczas przenoszenia jej z nieskończoności do danego punktu. Ponieważ potencjał grawitacyjny w nieskończoności wynosi zero, a ilość pracy, jaką należy wykonać, jest ujemna, potencjał grawitacyjny jest zawsze ujemny. Energia potencjalna grawitacji obiektu jest zdefiniowana jako praca wykonana na obiekcie, gdy obiekt jest przenoszony z nieskończoności do wspomnianego punktu. Jest to również równe iloczynowi potencjału grawitacyjnego i masy obiektu. Ponieważ masa obiektu jest zawsze dodatnia, a potencjał grawitacyjny dowolnego punktu jest ujemny, energia potencjalna grawitacji dowolnego obiektu również jest ujemna.

Co to jest elastyczna energia potencjalna?

Elastyczność jest bardzo przydatną właściwością materii. Zdolność materiałów do powrotu do pierwotnego kształtu po usunięciu sił zewnętrznych. Zauważono, że siła potrzebna do utrzymania rozciągniętego elastycznego pręta jest proporcjonalna do rozciągniętej długości pręta. Stała proporcjonalności jest znana jako stała sprężyny i jest oznaczana za pomocą k. To daje nam równanie F = -kx. Znak minus oznacza odwrotny kierunek x do siły. Elastyczna energia potencjalna to ilość pracy, która jest wymagana do rozciągnięcia elastycznego obiektu o daną długość x. Ponieważ przyłożona siła F (x) = kx, wykonana praca jest równa całkowaniu F (x) od zera do x, w odniesieniu do dx, która jest równa kx²⁾/ 2. Dlatego energia potencjalna to kx²⁾/ 2. Należy zauważyć, że energia potencjalna dowolnego obiektu przymocowanego do końca pręta nie zależy od masy obiektu, ale tylko od stałej sprężyny i długości rozciągniętej.