A kinetikus energia a mozgáshoz kapcsolódó energia, a potenciális energia pedig a rendszerben elfoglalt helyzethez kapcsolódó energia. Általánosságban az energia a munkavégzés képessége. Mind a mozgási, mind a potenciális energia a létező energia két alapvető típusát képviseli. Bármely más energia a potenciális energia vagy a kinetikus energia más változata, vagy a kettő kombinációja. Például a mechanikai energia kombinációja kinetikus és potenciális energia.
Ebben a cikkben mindent elmondunk, amit a kinetikus és potenciális energiáról, annak jellemzőiről és példáiról tudni kell.
kinetikus és potenciális energia
Kinetikus energia
A kinetikus energia a mozgáshoz kapcsolódó energia típusa. Mindennek van mozgási energiája, ami mozog. A Nemzetközi Rendszerben (SI) a mozgási energia mértékegysége a jouje (J), amely megegyezik a munkával. Egy joule 1 kg.m2/s2. Számos példa van a mozgási energia mindennapi életben történő felhasználására.
- Bowling: A bowling az a személy, aki egy 3-7 kg-os labdával dob le 10 csapot, ami a labda által hordozott mozgási energián alapul, ami a labda tömegétől és sebességétől függ.
- Szél: A szél nem más, mint a mozgásban lévő levegő. A levegő mozgásának kinetikus energiája szélturbinák segítségével elektromos árammá alakítható.
- Hőenergia: A hőenergia az a kinetikus energia, amely a részecskék rendszerben történő mikroszkopikus mozgásához kapcsolódik. Amikor vizet vagy bármilyen más tárgyat melegítünk, hőátadás útján mozgási energiát adunk hozzá.
Kinetikus energia
A potenciális energia az az energiafajta, amely a rendszeren belüli relatív helyzethez kapcsolódik, vagyis az egyik objektum helyzetéhez képest a másikhoz képest. Két különálló mágnesnek egymáshoz viszonyított potenciális energiája van. SI-ben a potenciális energia mértékegysége jouje (J), akárcsak a kinetikus energia. Egy joule 1 kg.m2/s2.
Sok energiaforrásunk a potenciális energiától függ.
- A gátakban tárolt energia: A megemelt tározóban, például egy gátban tárolt víz gravitációs potenciális energiával rendelkezik. Amikor a víz leesik, a potenciális energiát kinetikus energiává alakítja, amely a gát alján elhelyezett turbinákban képes dolgozni. Az ezen turbinák által megtermelt villamos energiát a helyi elosztó hálózatba osztják el.
- Rugók: Amikor egy rugót megfeszítenek vagy összenyomnak, bizonyos mennyiségű energiát tárol rugalmas potenciális energia formájában. A rugó elengedésekor a tárolt potenciális energia mozgási energiává alakul.
- Íj és nyíl: Az íj és a nyíl egy példa arra, hogyan alakul át a rugalmas potenciális energia mozgási energiává. Az íjhúr megfeszítésekor az elvégzett munka potenciális energiaként a megfeszített húrban tárolódik. Amikor meglazítod a húrt, a húr potenciális energiája mozgási energiává alakul, ami azután átkerül a nyílra.
- Elektromosság: Az elektromosság a potenciális energia egy formája, amelyet a rendszerben lévő töltések elhelyezkedése (az elektromos tér) határoz meg.
Hogyan működik a mozgási energia?
Amikor egy tárgy mozgásban van, annak kinetikus energiája van. Ha egy másik tárggyal ütközik, át tudja adni neki ezt az energiát, így a második tárgy is mozog. Ahhoz, hogy egy tárgy mozgást vagy kinetikus energiát nyerjen, munkát vagy erőt kell rá alkalmazni.
Minél hosszabb ideig alkalmazzuk az erőt, annál nagyobb a mozgó tárgy sebessége és mozgási energiája. A tömeg a mozgás energiájával is összefügg. Minél nagyobb a test tömege, annál nagyobb a mozgási energia. Könnyen átalakítható hővé vagy más típusú energiává.
A kinetikus energia jellemzői között szerepel:
- Ez az energia egyik megnyilvánulása.
- Átvihető egyik testből a másikba.
- Átalakítható más típusú energiává, például hőenergiává.
- A mozgás elindításához erőt kell alkalmazni.
- Ez a test sebességétől és tömegétől függ.
A kinetikus és a potenciális energia összege mechanikai energiát termel (az az energia, amely egy tárgy helyzetét a mozgásával hozza összefüggésbe). Mint korábban említettük, a dinamika mozgásra utal. A potenciál a testben nyugalmi állapotban tárolt energia mennyiségére vonatkozik.
Ezért a potenciális energia az objektum vagy rendszer helyzetétől függ az őt körülvevő erőtérhez képest. A kinetikus energia a tárgy mozgásától függ.
A potenciális energia típusai
gravitációs potenciális energia
A gravitációs potenciálenergiát úgy definiálják, mint azt az energiát, amelyet egy nagy tömegű objektum birtokol, amikor a gravitációs mezőbe merül. A gravitációs mezők nagyon nagy tömegű objektumok körül jönnek létre, mint a bolygók és a nap tömegei.
Például egy hullámvasút a legmagasabb potenciális energiával rendelkezik a legmagasabb pontján, mivel elmerül a Föld gravitációs mezőjében. Amint az autó leesik és elveszíti magasságát, a potenciális energia mozgási energiává alakul.
rugalmas potenciális energia
A rugalmas potenciális energia egy anyag rugalmas tulajdonságaihoz kapcsolódik, vagyis annak hajlamához, hogy az ellenállásánál nagyobb deformációs erő hatására visszatér eredeti alakjába. A rugalmas energia nyilvánvaló példája az a rugó energiája, amely külső erő hatására kitágul vagy összehúzódik és visszatér eredeti helyzetébe ha a külső erő már nem érvényesül.
Egy másik példa az íj és nyíl rendszer, amikor az íjat rugalmas szálakkal húzzák, a rugalmas potenciálenergia eléri a maximumot, kissé meghajlítja a fát, de a sebesség nulla marad. A következő pillanatban a potenciális energia kinetikus energiává alakul, és a nyíl teljes sebességgel kilő.
kémiai potenciális energia
A kémiai potenciálenergia az atomok és molekulák kémiai kötéseiben tárolt energia. Példa erre a szervezetünkben lévő glükóz, amely kémiai potenciális energiát tárol, amelyet szervezetünk átalakít (metabolizmusnak nevezett folyamaton keresztül) hőenergiává a testhőmérséklet fenntartása érdekében.
Ugyanez vonatkozik a fosszilis üzemanyagokra (szénhidrogénekre) az autó benzintartályában. A benzin kémiai kötéseiben tárolt kémiai potenciális energia mechanikai energiává alakul, amely meghajtja a járművet.
elektrosztatikus potenciálenergia
A villamos energiában érvényesül a potenciális energia fogalma is, amely más energiaformákká alakítható, mint pl kinetikai, termikus vagy fényes, tekintettel az elektromágnesesség óriási sokoldalúságára. Ebben az esetben az energia a töltött részecskék által létrehozott elektromos tér erősségéből származik.
Remélem, hogy ezzel az információval többet megtudhat a kinetikus és potenciális energiáról.