Кинетичната енергия е енергията, свързана с движението, а потенциалната енергия е енергията, свързана с позицията в система. Най-общо казано, енергията е способността за извършване на работа. Както кинетичната енергия, така и потенциалната енергия представляват двата основни вида съществуваща енергия. Всяка друга енергия е различна версия на потенциална енергия или кинетична енергия или комбинация от двете. Например механичната енергия е комбинация от кинетична и потенциална енергия.
В тази статия ще ви разкажем всичко, което трябва да знаете за кинетичната и потенциалната енергия, нейните характеристики и примери.
кинетична и потенциална енергия
Кинетична енергия
Кинетичната енергия е вид енергия, свързана с движението. Всичко, което се движи, има кинетична енергия. В международната система (SI) единицата за кинетична енергия е jouje (J), което е същата единица като работата. Един джаул е равен на 1 kg.m2/s2. Има много примери за използване на кинетичната енергия в ежедневието.
- Боулинг: Боулингът е човек, който хвърля топка от 3-7 кг, за да събори 10 кегли, което се основава на кинетичната енергия, носена от топката, която зависи от масата и скоростта на топката.
- вятър: Вятърът не е нищо повече от въздух в движение. Кинетичната енергия на движението на въздуха може да се преобразува в електричество с помощта на вятърни турбини.
- Термална енергия: Топлинната енергия е кинетичната енергия, свързана с микроскопичното движение на частици в система. Когато нагряваме вода или друг обект, ние добавяме кинетична енергия чрез пренос на топлина.
Кинетична енергия
Потенциалната енергия е вид енергия, свързана с относителната позиция в системата, тоест позицията на един обект спрямо друг. Два отделни магнита имат потенциална енергия един спрямо друг. В SI единицата за потенциална енергия е jouje (J), както и кинетичната енергия. Един джаул е равен на 1 kg.m2/s2.
Много от източниците, които използваме за енергия, зависят от потенциалната енергия.
- Енергия, съхранявана в язовирите: Водата, съхранявана в издигнат резервоар, като язовир, има гравитационна потенциална енергия. Когато водата падне, тя преобразува потенциалната енергия в кинетична енергия, способна да върши работа в турбини, разположени в дъното на язовира. Електричеството, генерирано от тези турбини, се разпределя към местната разпределителна мрежа.
- пружини: Когато една пружина е опъната или компресирана, тя съхранява определено количество енергия под формата на еластична потенциална енергия. Когато пружината се освободи, натрупаната потенциална енергия се преобразува в кинетична енергия.
- Лък и стрела: Лъкът и стрелата са пример за това как еластичната потенциална енергия се превръща в кинетична енергия. Когато тетивата е опъната, извършената работа се съхранява в опънатата тетива като потенциална енергия. Когато разхлабите струната, потенциалната енергия на струната се преобразува в кинетична енергия, която след това се прехвърля към стрелката.
- Електричество: Електричеството е форма на потенциална енергия, която се определя от местоположението на зарядите в системата (електрическото поле).
Как действа кинетичната енергия?
Когато обектът е в движение, това е така, защото има кинетична енергия. Ако се сблъска с друг обект, може да прехвърли тази енергия към него, така че вторият обект също се движи. За да може даден обект да придобие движение или кинетична енергия, към него трябва да се приложи работа или сила.
Колкото по-дълго се прилага силата, толкова по-голяма е скоростта, постигната от движещия се обект и неговата кинетична енергия. Масата също е свързана с енергията на движението. Колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-голяма е кинетичната енергия. Може лесно да се преобразува в топлина или други видове енергия.
Сред характеристиките на кинетичната енергия имаме:
- Това е една от проявите на енергия.
- Може да се прехвърля от едно тяло в друго.
- Може да се преобразува в друг вид енергия, например в топлинна енергия.
- Трябва да приложите сила, за да започнете движение.
- Зависи от скоростта и масата на тялото.
Сумата от кинетичната и потенциалната енергия произвежда механична енергия (енергия, която свързва позицията на обект с неговото движение). Както е споменато по-рано, динамиката се отнася до движението. Потенциалът се отнася до количеството енергия, съхранявано в тялото в покой.
Следователно потенциалната енергия ще зависи от позицията на обекта или системата по отношение на силовото поле, което го заобикаля. Кинетичната енергия зависи от движението на обект.
Видове потенциална енергия
гравитационна потенциална енергия
Гравитационната потенциална енергия се определя като енергията, притежавана от масивен обект, когато е потопен в гравитационно поле. Около много масивни обекти се създават гравитационни полета, като масите на планетите и слънцето.
Например, влакче в увеселителен парк има най-висока потенциална енергия в най-високата си точка поради потапянето му в гравитационното поле на Земята. След като колата падне и загуби височина, потенциалната енергия се преобразува в кинетична енергия.
еластична потенциална енергия
Потенциалната еластична енергия е свързана с еластичните свойства на веществото, тоест неговата склонност да се върне в първоначалната си форма, след като е подложена на деформационна сила, по-голяма от неговото съпротивление. Очевиден пример за еластична енергия е енергията, притежавана от пружина, която се разширява или свива поради външна сила и се връща в първоначалното си положение след като външната сила вече не се прилага.
Друг пример е системата лък и стрела, когато лъкът се изтегля с еластични влакна, еластичната потенциална енергия достига максимум, леко огъвайки дървото, но скоростта остава нула. В следващия момент потенциалната енергия се превръща в кинетична енергия и стрелата изстрелва с пълна скорост.
химическа потенциална енергия
Химическата потенциална енергия е енергията, съхранявана в химичните връзки на атомите и молекулите. Пример е глюкозата в тялото ни, която съхранява химическа потенциална енергия, която тялото ни преобразува (чрез процес, наречен метаболизъм) в топлинна енергия за поддържане на телесната температура.
Същото важи и за изкопаемите горива (въглеводороди) в резервоара за газ на автомобил. Химичната потенциална енергия, съхранявана в химическите връзки на бензина, се превръща в механична енергия, която захранва превозното средство.
електростатична потенциална енергия
В електричеството се прилага и концепцията за потенциална енергия, която може да се преобразува в други форми на енергия, като напр. кинетичен, топлинен или светлинен, като се има предвид огромната гъвкавост на електромагнетизма. В този случай енергията идва от силата на електрическото поле, създадено от заредените частици.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за кинетичната и потенциалната енергия.