Energia kinetyczna i potencjalna

Energia kinetyczna jest energią posiadaną przez ciało na mocy jego ruch. Energia potencjalna jest energią posiadaną przez ciało na mocy jego pozycja lub stan. Podczas gdy energia kinetyczna obiektu jest zależna od stanu innych obiektów w jego otoczeniu, energia potencjalna jest całkowicie niezależna od otoczenia. Stąd przyspieszenie obiektu nie jest widoczne w ruchu jednego obiektu, w którym poruszają się również inne obiekty w tym samym środowisku. Na przykład kula śmigająca obok stojącej osoby ma energię kinetyczną, ale kula nie ma energii kinetycznej względem pociągu poruszającego się obok.

Wykres porównania

Różnice - podobieństwa - Tabela porównawcza energii kinetycznej a energii potencjalnej

	Energia kinetyczna	Energia potencjalna
Definicja	Energia ciała lub układu w odniesieniu do ruchu ciała lub cząstek w układzie.	Energia potencjalna to energia zmagazynowana w obiekcie lub systemie ze względu na jej położenie lub konfigurację.
Związek ze środowiskiem	Energia kinetyczna obiektu jest względna w stosunku do innych poruszających się i stacjonarnych obiektów w jego bezpośrednim otoczeniu.	Energia potencjalna nie jest zależna od środowiska obiektu.
Możliwość przenoszenia	Energia kinetyczna może być przenoszona z jednego poruszającego się obiektu na inny, powiedzmy, w zderzeniach.	Energii potencjalnej nie można przenieść.
Przykłady	Płynąca woda, na przykład spadająca z wodospadu.	Woda na szczycie wodospadu, przed przepaścią.
Jednostka SI	Dżul (J)	Dżul (J)
Czynniki determinujące	Prędkość / prędkość i masa	Wysokość lub odległość i masa

Zawartość: energia kinetyczna i potencjalna

• 1 Interkonwersja energii kinetycznej i potencjalnej
• 2 Etymologia
• 3 rodzaje energii kinetycznej i energii potencjalnej
• 4 aplikacje
• 5 referencji

Interkonwersja energii kinetycznej i potencjalnej

Prawo zachowania energii mówi, że energii nie można zniszczyć, ale można ją tylko przekształcić z jednej formy w drugą. Weź klasyczny przykład prostego wahadła. Gdy wahadło kołysze się, zawieszone ciało porusza się wyżej i ze względu na swoje położenie energia potencjalna rośnie i osiąga maksimum na górze. Gdy wahadło zaczyna się obracać w dół, zgromadzona energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną.

Kiedy sprężyna jest rozciągnięta na jedną stronę, wywiera siłę na drugą stronę, aby mogła powrócić do pierwotnego stanu. Siła ta nazywana jest siłą przywracającą i działa w celu doprowadzenia obiektów i układów do ich pozycji niskiego poziomu energii. Siła potrzebna do rozciągnięcia sprężyny jest magazynowana w metalu jako energia potencjalna. Po zwolnieniu sprężyny zgromadzona energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną przez siłę przywracającą.

Kiedy dowolna masa zostanie podniesiona, siła grawitacji ziemi (i w tym przypadku siła przywracająca) działa, aby sprowadzić ją z powrotem. Energia potrzebna do podniesienia masy jest magazynowana jako energia potencjalna ze względu na jej położenie. W miarę upuszczania masy zgromadzona energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną.

Etymologia

Słowo „kinetyczny” pochodzi od greckiego słowa kineza, co oznacza „ruch”. Pojęcia „energia kinetyczna” i „praca”, tak jak są rozumiane i używane dzisiaj, powstały w XIX wieku. W szczególności uważa się, że „energia kinetyczna” została wymyślona przez Williama Thomsona (Lord Kelvin) około 1850 r.

Termin „energia potencjalna” został wymyślony przez Williama Rankine'a, szkockiego fizyka i inżyniera, który przyczynił się do różnych nauk, w tym termodynamiki.

Rodzaje energii kinetycznej i energii potencjalnej

Energię kinetyczną można podzielić na dwa typy, w zależności od rodzaju obiektów:

• Translacyjna energia kinetyczna
• Obrotowa energia kinetyczna

Sztywne nieobrotowe ciała mają ruch prostoliniowy. Zatem translacyjna energia kinetyczna to energia kinetyczna posiadana przez obiekt poruszający się w linii prostej. Energia kinetyczna obiektu związana jest z jego pędem (iloczyn masy i prędkości, p = mv, gdzie m jest masą, a v jest prędkością). Energia kinetyczna jest powiązana z pędem poprzez relację E = p ^ 2 / 2m, a zatem translacyjna energia kinetyczna jest obliczana jako E = ½ mv ^ 2. Sztywne ciała obracające się wzdłuż środka masy posiadają rotacyjną energię kinetyczną. Obrotową energię kinetyczną obracającego się ciała oblicza się jako całkowitą energię kinetyczną jego różnych ruchomych części. Ciała w spoczynku mają również energię kinetyczną. Atomy i cząsteczki w nim są w ciągłym ruchu. Energia kinetyczna takiego ciała jest miarą jego temperatury.

Energia potencjalna jest klasyfikowana w zależności od odpowiedniej siły przywracającej.

• Grawitacyjna energia potencjalna - energia potencjalna obiektu związana z siłą grawitacji. Na przykład, kiedy książka jest umieszczona na stole, energia potrzebna do podniesienia książki z podłogi, a energia posiadana przez książkę z powodu jej podwyższonego położenia na stole to energia potencjalna grawitacji. Tutaj grawitacja jest siłą przywracającą.
• Elastyczna Energia potencjalna - energia posiadana przez elastyczne ciało, takie jak łuk i katapulta, gdy jest rozciągana i odkształcana w jednym kierunku, jest elastyczną energią potencjalną. Siłą przywracającą jest elastyczność, która działa w przeciwnym kierunku.
• Energia potencjalna chemiczna - energia związana z rozmieszczeniem atomów i cząsteczek w strukturze jest chemiczną energią potencjalną. Energia chemiczna posiadana przez substancję ze względu na potencjał, który musi ulec zmianie chemicznej poprzez udział w reakcji chemicznej, jest potencjalną energią chemiczną substancji. Na przykład przy stosowaniu paliwa energia chemiczna zgromadzona w paliwie jest przekształcana w celu wytworzenia ciepła.
• Energia potencjalna elektryczna - energia posiadana przez przedmiot z powodu jego ładunku elektrycznego jest energią potencjalną elektryczną. Istnieją dwa typy - energia potencjału elektrostatycznego i energia potencjału elektrodynamicznego lub energia potencjału magnetycznego.
• Energia potencjalna jądrowa - energia potencjalna posiadana przez cząstki (neutrony, protony) wewnątrz jądra atomowego jest energią jądrową. Na przykład synteza wodoru w słońcu przekształca energię potencjalną zmagazynowaną w materii słonecznej w energię świetlną.

Aplikacje

• Kolejka górska w parku rozrywki zaczyna się od konwersji energii kinetycznej na grawitacyjną energię potencjalną.
• Energia potencjalna grawitacji utrzymuje planety na orbicie wokół Słońca.
• Pociski są rzucane przez trebusz, wykorzystujący grawitacyjną energię potencjalną.
• W statkach kosmicznych energia chemiczna jest wykorzystywana do startu, po czym energia kinetyczna jest zwiększana do osiągnięcia prędkości orbitalnej. Uzyskana energia kinetyczna pozostaje stała na orbicie.
• Energia kinetyczna podana w celu wskazania piłki w grze bilardowej jest przenoszona na inne kule poprzez zderzenia.

Bibliografia

• Wikipedia: Energia kinetyczna
• Wikipedia: energia potencjalna