Gravitatsioonipotentsiaalne energia vs elastne potentsiaalne energia
Gravitatsioonipotentsiaalne energia ja elastne potentsiaalne energia on kaks mehaanikas käsitletavat olulist suurust. See artikkel püüab võrrelda ja vastandada nende määratlusi, sarnasusi ja erinevusi.
Mis on gravitatsioonipotentsiaalne energia?
Gravitatsiooni potentsiaalse energia mõistmiseks on vaja taustateadmisi gravitatsiooniväljade kohta. Gravitatsioon on jõud, mis tekib mis tahes massi tõttu. Mass on gravitatsiooni vajalik ja piisav tingimus. Mis tahes massi ümber on määratletud gravitatsiooniväli. Võtke massid m1 ja m2, mis on paigutatud üksteisest kaugusele r. Nende kahe massi vaheline gravitatsioonijõud on G.m1.m2/r2, kus G on universaalne gravitatsioonikonstant. Kuna negatiivseid masse ei esine, on gravitatsioonijõud alati atraktiivne. Puuduvad tõrjuvad gravitatsioonijõud. Tuleb märkida, et ka gravitatsioonijõud on vastastikused. See tähendab, et m2-le mõjuv jõud m1 on võrdne ja vastupidine m1-le mõjuvale jõule m2. Punkti gravitatsioonipotentsiaal on defineeritud kui töö maht, mis tehakse massiühikuga selle viimisel lõpmatusest antud punkti. Kuna gravitatsioonipotentsiaal lõpmatuses on null ja töömaht, mida tuleb teha, on negatiivne, on gravitatsioonipotentsiaal alati negatiivne. Objekti gravitatsiooni potentsiaalset energiat defineeritakse kui tööd, mis tehakse objektil, kui objekt viiakse lõpmatusest nimetatud punkti. See võrdub ka gravitatsioonipotentsiaali ja objekti massi korrutisega. Kuna objekti mass on alati positiivne ja mis tahes punkti gravitatsioonipotentsiaal on negatiivne, on iga objekti gravitatsioonipotentsiaalne energia samuti negatiivne.
Mis on elastne potentsiaalne energia?
Elastsus on mateeria väga kasulik omadus. See on materjalide võime taastada oma algne kuju pärast välisjõudude eemaldamist. Täheldatakse, et elastse varda venitatuna hoidmiseks vajalik jõud on võrdeline varda venitatud pikkusega. Proportsionaalsuskonstanti nimetatakse vedrukonstandiks ja seda tähistatakse k-ga. See annab meile võrrandi F=-kx. Miinusmärk tähistab x-i vastupidist suunda jõu suhtes. Elastne potentsiaalne energia on töö hulk, mis on vajalik elastse objekti venitamiseks etteantud pikkuse x võrra. Kuna rakendatud jõud F(x)=kx, on tehtud töö võrdne F(x) integreerimisega nullist x-ni dx suhtes, mis on võrdne kx2 /2. Seetõttu on potentsiaalne energia kx2/2. Tuleb märkida, et ühegi varda otsa kinnitatud objekti potentsiaalne energia ei sõltu objekti massist, vaid ainult vedrukonstandist ja venitatud pikkusest.
Mis vahe on gravitatsiooni- ja elastse potentsiaalse energia vahel?
• Gravitatsiooni potentsiaalne energia on alati negatiivne, samas kui elastne potentsiaalne energia on alati positiivne.
• Gravitatsiooni potentsiaalne energia sõltub objekti massist, kuid elastne potentsiaalne energia ei sõltu massist.
