Potentiaalienergia on objektin piilevä energia levossa, ja se on yksi kahdesta energian muodosta. Toinen muoto, kineettinen energia, on liikkeessä olevan esineen ilmaisemaa energiaa. Potentiaalienergia on minkä tahansa fysiikkapohjaisen keskustelun ydinkonsepti ja yksi vaikuttavimmista muuttujista kaavoissa, jotka kuvaavat tunnettua universumiamme.
Potentiaalinen energia on pohjimmiltaan miltä se kuulostaa, vaikka mukana on muutama monimutkaisuus. Kohteen todellinen potentiaalienergia riippuu sen sijainnista suhteessa muihin esineisiin. Esimerkiksi tiilillä on enemmän potentiaalienergiaa ripustettuna kaksikerroksisesta rakennuksesta kuin se, joka lepää maassa. Tämä johtuu siitä, että tiilen suhteellinen sijainti maapallon kanssa antaa sille enemmän energiaa. Kaksi vierekkäin olevaa tiiliä eivät kuitenkaan anna toisilleen enemmän energiaa, koska niihin ei kohdistu voimaa.
Samaa periaatetta voidaan soveltaa missä tahansa mittakaavassa, olipa se galaktinen tai atominen. Itse asiassa atomeilla on myös potentiaalienergiaa, vaikka niiden jatkuva liike siirtää suuren osan potentiaalenergiastaan kineettiseen energiaan.
Kuinka laskea potentiaalienergia
Energia tarkoittaa esineen tai järjestelmän kykyä suorittaa työtä. Sitä on monissa muodoissa, mukaan lukien mekaaninen, lämpö, kemiallinen, ydinvoima ja muut. Työ viittaa energian siirtoon esineestä toiseen, ja sillä on läheinen yhteys kineettiseen energiaan. Teho on nopeus, jolla energia siirtyy kahden tai useamman esineen välillä. Nämä kolme käsitettä liittyvät läheisesti toisiinsa, ja kunkin käsitteen ymmärtäminen vaatii muiden kontekstin.
Energiaa ja työtä mitataan jouleilla, jotka on nimetty James Prescott Joulelle, fyysikolle, joka vastaa energiansiirtoon järkevien kaavojen luomisesta. Energiaa ja työtä mitataan samoilla yksiköillä, koska ne ovat saman kolikon kaksi puolta - työ on vain liikkeessä olevaa energiaa.
Teho mitataan watteina, nimeltään skotlantilainen keksijä James Watt. Teho on lämmöntuotannon mittaus. Aina kun energiaa siirretään, lämpöä syntyy ja mitä nopeammin se siirtyy, sitä enemmän lämpöä syntyy.
Helppo tapa visualisoida tämä vuorovaikutus on kädet. Kun olet kylmä, saatat hieroa käsiäsi yhdessä lämmön vuoksi. Ajattele nyt käsiäsi värähtelevän yhdessä niin nopeasti kuin pystyt liikuttamaan niitä. Käytetään enemmän energiaa, mikä tarkoittaa enemmän työtä. Tämä työ vie enemmän voimaa, mikä tuottaa enemmän lämpöä.
Minkä tahansa kohteen potentiaalienergia on mittaus sen mahdollisuudesta tehdä töitä, luoda lämpöä ja tuottaa voimaa. Tästä syystä esineen potentiaalienergian laskenta on sen massan, etäisyyden maasta, sähkövarauksen, etäisyyden muista esineistä ja sisäisten elastisten voimien (ts. Kaiken sisäisen mekaanisen voiman) summa. Yksinkertaistettuna tämä kaava voidaan kirjoittaa seuraavasti: Potentiaalienergia = mgh, missä m on massa kilogrammoina mitattuna; g on painovoimasta johtuva kiihtyvyys (9,8 m / s ^ 2 maan pinnalla); ja h on korkeus metreinä mitattuna.
