Gravitācijas potenciālā enerģija pret elastīgo potenciālo enerģiju
Gravitācijas potenciālā enerģija un elastīgā potenciālā enerģija ir divi svarīgi mehānikā apspriestie lielumi. Šajā rakstā tiks mēģināts salīdzināt un pretstatīt to definīcijas, līdzības un atšķirības.
Kas ir gravitācijas potenciālā enerģija?
Lai izprastu gravitācijas potenciālo enerģiju, ir nepieciešamas pamatzināšanas gravitācijas laukos. Gravitācija ir spēks, kas rodas jebkuras masas dēļ. Masa ir nepieciešams un pietiekams nosacījums gravitācijai. Ap jebkuru masu ir noteikts gravitācijas lauks. Ņem masas m1 un m2, kas novietotas attālumā r viena no otras. Gravitācijas spēks starp šīm divām masām ir G.m1.m2/r2, kur G ir universālā gravitācijas konstante. Tā kā negatīvas masas nav, gravitācijas spēks vienmēr ir pievilcīgs. Nav atgrūdošu gravitācijas spēku. Jāpiebilst, ka arī gravitācijas spēki ir savstarpēji. Tas nozīmē, ka spēks m1, kas iedarbojas uz m2, ir vienāds un pretējs spēkam m2, kas iedarbojas uz m1. Gravitācijas potenciāls punktā tiek definēts kā darba apjoms, kas veikts ar masas vienību, nogādājot to no bezgalības līdz dotajam punktam. Tā kā gravitācijas potenciāls bezgalībā ir nulle un veicamā darba apjoms ir negatīvs, gravitācijas potenciāls vienmēr ir negatīvs. Objekta gravitācijas potenciālā enerģija tiek definēta kā darbs, kas tiek veikts ar objektu, kad objekts tiek pārvietots no bezgalības uz minēto punktu. Tas ir arī vienāds ar gravitācijas potenciāla un objekta masas reizinājumu. Tā kā objekta masa vienmēr ir pozitīva un jebkura punkta gravitācijas potenciāls ir negatīvs, jebkura objekta gravitācijas potenciālā enerģija arī ir negatīva.
Kas ir elastīgā potenciālā enerģija?
Elastība ir ļoti noderīga matērijas īpašība. Tā ir materiālu spēja atgriezties sākotnējā formā pēc ārējo spēku noņemšanas. Tiek novērots, ka spēks, kas nepieciešams elastīgā stieņa nostiepšanai, ir proporcionāls stieņa izstieptajam garumam. Proporcionalitātes konstante ir pazīstama kā atsperes konstante un tiek apzīmēta ar k. Tas dod mums vienādojumu F=-kx. Mīnusa zīme apzīmē x pretējo virzienu spēkam. Elastīgā potenciālā enerģija ir darba apjoms, kas nepieciešams, lai elastīgo objektu izstieptu par noteiktu garumu x. Tā kā pieliktais spēks F(x)=kx, paveiktais darbs ir vienāds ar F(x) integrāciju no nulles līdz x attiecībā pret dx, kas ir vienāds ar kx2 /2. Tāpēc potenciālā enerģija ir kx2/2. Jāņem vērā, ka jebkura stieņa galā piestiprināta objekta potenciālā enerģija nav atkarīga no objekta masas, bet tikai no atsperes konstantes un izstieptā garuma.
Kāda ir atšķirība starp gravitācijas un elastīgo potenciālo enerģiju?
• Gravitācijas potenciālā enerģija vienmēr ir negatīva, savukārt elastīgā potenciālā enerģija vienmēr ir pozitīva.
• Gravitācijas potenciālā enerģija ir atkarīga no objekta masas, bet elastīgā potenciālā enerģija nav atkarīga no masas.
