Как определяют потенциальную энергию

26.Запишите различные формулы для определения элементарной работы силы

Как определяют потенциальную энергию

Точка приложенияmсилы ,описывает криволинейную траекторию ипроходит путь sиз в М. Разобьём путь sточки mпо дуге на элемент. перемещ. ds.На этом перемещ. с можно считать силупостоянной по величине и направлению.Само перемещ. ввиду малости считаетсяпрямолин.

,где — угол между векторами и в точке m.Элемент. работа не всегда являетсяполным дифф. величина скалярная, её знак определяетсязнаком ().

— ::произведение элемент. перемещ. напроекцию силы на это перемещ.

— ::скалярное произведение вектора силы идифф. радиус-вектора точки её приложения.

— ::скалярное произведение элемент. импульсасилы на скорость точки её приложения.

27.Какие силы называются потенциальными? Приведите примеры потенциальных сил

Это силы, зависящиеот координат движущейся материальнойточки. Эти силы так же называютсяпозиционными. К числу таких сил относятсясилы тяжести, упругости, тяготения.

28.Что называется потенциальной энергией и как определяется ее значение?

Потенциальнойэнергией в данной точке потенциальногосилового поля называется величина тойработы, которую совершила бы сила поляпри перемещении материальной точки изданной точки поля в ту, в которойпотенциальная энергия условно принимаетсяравной нулю.

— потенциальнаяэнергия. Потенциальная энергия Пхарактеризует запас энергии в даннойточке поля.

Потенциальнаяэнергия в какой-либо точке поля сточностью до постоянной равна силовой функции в той же точке,взятой со знаком минус.

29.Как вычисляется работа потенциальных сил на конечном перемещении точки?

(1)

— постоянныеинтегрирования, равные значениям силовойфункции и потенциальной энергии вначальном положении точки.

Полная работа силыстационарного потенциального поля независит от формы траектории, по которойперемещается точка, и определяется лишьначальным и конечным положениями точки.

Из равенства (2)следует, что работа силы стационарного потенциального поля полюбому замкнутому перемещению равнанулю.

30.Сформулируйтепонятие мощности и запишите формулудля ее определения.

Мощность — этофизическая величина, характеризующаябыстроту выполнения работы силой,приложенной к точке. Вычисляется так:.

31.Запишите исформулируйте теорему об изменениикинетической энергии точки в различныхформах.

Изменениекинетической энергии точки при ееперемещении из одного положения в другоеравно полной работе всех действующихна точку сил на соответствующемперемещении.

Производнаяпо времени от кинетической энергииточки равна мощности всех действующихна точку сил.

Дифференциалот кинетической энергии точки равен элементарной работе всех действующихна точку сил.

32.Сформулируйтеопределение кинетической энергиисистемы. Как зависит кинетическаяэнергия системы от направления скоростейее точек?

Мера движениясистемы материальных точек, равнаясумме кинетических энергия всех точеквходящих в систему, называется еекинетической энергией: .Кинетическая энергия системы не зависитот направления скоростей точек системы.Обращается в ноль, если система находитьсяв покое.

33.Сформулируйтетеорему об изменении кинетическойэнергии системы в дифференциальной ив интегральной форме.

-Производная повремени от кинетической энергии системыравна сумме мощностей всех действующихна систему внешних и внутренних сил.

-Дифференциалкинетической энергии механическойсистемы равен сумме элементарных работвсех действующих на систему внешних ивнутренних сил.

34.Сформулируйтезакон сохранения полной механическойэнергии системы.

Сумма кинетическойи потенциальной энергии системыназывается полной механической энергиейE:

При движении системыв потенциальном силовом поле ее полнаямеханическая энергия постоянна.

35.Как определяетсяработа однородных сил тяжести, действующихна систему?

A- работа сил тяжести всех материальныхточек механической системы на перемещении.

A«+» — если система движется в сторонудействия силы вниз ()

A«-» — если точка движется против действиясилы наверх ()

36.Напишите формулыдля определения элементарной работысилы, приложенной к вращающемуся телу,и для определения работы этой силы наконечном перемещении тела.

Элементарная работасилы: .Полная работа на конечном перемещении:.

37.Какие осиназываются осями Кенига? Запишите исформулируйте теорему Кенига.

Система координат,имеющая начало в центре масс механическойсистемы и движущаяся с ним поступательно,называется системой координат Кенига,ее оси — осями Кенига соответственно.

Кинетическаяэнергия механической системы в ееабсолютном движении равна суммекинетической энергии центра масс, еслив нем сосредоточить массу всей системы,и кинетической энергии системы в еедвижении относительно центра масс.

38.Напишите формулыдля определения кинетической энергиитела, совершающего: поступательное,вращательное, плоское движения.

Поступат.: ; Вращат.: ;

Плоск.: .

39.Как определитькинетическую энергию системы, состоящейиз нескольких тел?

Кинетическаяэнергия системы материальных точекравна сумме кинетических энергия всехтел входящих в систему: .

40.Дайте определениесилы инерции материальной точки. Запишитеформулы касательной и нормальной силинерции точки.

Вектор ,равный по модулю произведению массыточки на ее ускорение и направленныйпротивоположно вектору ускорения,называется силой инерции точки.

41.Сформулируйтепринцип Даламбера для материальнойточки.

При движенииматериальной точки в каждый моментвремени геометрическая сумма активныхсил, реакций связей и сил инерции равнанулю:.

42.Сформулируйтеи запишите принцип Даламбера длямеханической системы.

или

При движениимеханической системы в любой моментвремени приложенные к каждой точкесистемы активные силы и реакции связейвместе с силами инерции образуют системусил, эквивалентную нулю.

43.Запишите формулуи сформулируйте, чему равен главныйвектора сил инерции механическойсистемы.

Главный векторвсех сил инерции механической системыравен производной по времени от количествадвижения системы, взятой с противоположнымзнаком.

44.Запишите формулуи сформулируйте, чему равен главныймомент сил инерции механической системы.

Главный момент силинерции механической системы относительнонеподвижного центра О равен производнойпо времени от момента количества движениямеханической системы, относительнотого же центра, взятой с обратным знаком.

45.Сформулируйтеопределение связи. Какая связь называетсястационарной, голономной, удерживающей?

Ограничения движенияточек механической системы, не зависящиеот приложенных активных сил и начальныхусловий, назвыаются связями.

1. Голономные

Эти связи накладываютограничения на координаты точек системы,а значит — на положение системы впространстве. Такие связи называютгеометрическими.

2. Стационарные

Это связи, выражающиесяуравнениями или неравенствами, несодержащими в явном виде время.

3. Удерживающие(двухсторонние)

Связь являетсятаковой, если выражается равенством(=). Удерживающие связи сохраняют своедействие во все время движения точексистемы.

Источник: https://studfile.net/preview/7208839/page:2/

Энергия: потенциальная и кинетическая энергия

Как определяют потенциальную энергию

Слово «энергия» в переводе с греческого означает «действие». Энергичным мы называем человека, который активно двигается, производя при этом множество разнообразных действий.

И если в жизни энергию человека мы можем оценивать в основном по последствиям его деятельности, то в физике энергию можно измерять и изучать множеством различных способов. Ваш бодрый друг или сосед, скорее всего, откажется повторить тридцать-пятьдесят раз одно и то же действие, когда вдруг вам взбредет на ум исследовать феномен его энергичности.

А вот в физике вы можете повторять почти любые опыты сколь угодно много раз, производя необходимые вам исследования. Так и с изучением энергии. Ученые-исследователи изучили и обозначили множество видов энергии в физике. Это электрическая, магнитная, атомная энергия и так далее. Но сейчас мы поговорим о механической энергии. А конкретнее о кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая и потенциальная энергия

В механике изучают движение и взаимодействие тел друг с другом. Поэтому принято различать два вида механической энергии: энергию, обусловленную движением тел, или кинетическую энергию, и энергию, обусловленную взаимодействием тел, или потенциальную энергию.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое сила тока в 1 ампер

В физике существует общее правило, связывающее энергию и работу. Чтобы найти энергию тела, надо найти работу, которая необходима для перевода тела в данное состояние из нулевого, то есть такого, при котором его энергия равна нулю.

Потенциальная энергия

В физике потенциальной энергией называют энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. То есть, если тело поднято над землей, то оно обладает возможностью падая, произвести какую-либо работу.

И возможная величина этой работы будет равна потенциальной энергии тела на высоте h.  Для потенциальной энергии формула определяется по следующей схеме:

A=Fs=Fт*h=mgh,     или      Eп=mgh,

где Eп потенциальная энергия тела,m масса тела,h — высота тела над поверхностью земли,

g ускорение свободного падения.

Причем за нулевое положение тела может быть принято любое удобное нам положение в зависимости от условий проводимых опыта и измерений, не только поверхность Земли. Это может быть поверхность пола, стола и так далее.

Кинетическая энергия

В случае, когда тело движется под влиянием силы, оно уже не только может, но и совершает какую-то работу. В физике кинетической энергией называется энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Тело, двигаясь, расходует свою энергию и совершает работу. Для кинетической энергии формула рассчитывается следующей образом:

A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv2) / 2  ,    или      Eк= (mv2) / 2 ,

где Eк кинетическая энергия тела,m масса тела,

v скорость тела.

Из формулы видно, что чем больше масса и скорость тела, тем выше его кинетическая энергия. 

Каждое тело обладает либо кинетической, либо потенциальной энергией, либо и той, и другой сразу, как, например, летящий самолет.

Формула энергии в физике всегда показывает, какую работу совершает или может совершить тело. Соответственно, единицы измерения энергии такие же, как и работы джоуль (1 Дж).

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Коэффициент полезного действия механизмов: расчет, формула + примеры
Следующая тема:   Превращение энергии: закон сохранения энергии

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/ehnergiya-potencialnaya-i-kineticheskaya-ehnergiya

Формула потенциальной энергии

Как определяют потенциальную энергию
Определение

Потенциальной энергией называют часть механической энергии совокупности тел (тела), которая зависит от взаимного расположения частей системы (конфигурации) и положения во внешнем поле сил.

Потенциальная энергия определяется работой, совершаемой потенциальными силами, которые действуют на все части системы, если система переходит из исследуемой конфигурации к состоянию, в котором считают потенциальную энергию равной нулю.

А именно работа консервативных сил равна убыли потенциальной энергии. Начало отсчета потенциальной энергии делают произвольно. Эмпирически представляется возможным измерение только изменения потенциальной энергии.

Начало отсчета потенциальной энергии делают так, чтобы упрощалось решение конкретной задачи.

Потенциальная энергия является скаляром. Чаще всего потенциальную энергию обозначают: Ep,Wp, U.

Потенциальную энергию системы (Ep) можно разделить на внешнюю: (Epvnesh) и внутреннюю потенциальныеэнергии Epvnesh . Тогда:

где Epvnesh получается как результат воздействия на систему со стороны тел, которые в рассматриваемую систему не входят.Epvnutr – вызвана взаимодействием разных частей составляющих систему.

Epvnutr является функцией координат всех материальных точек системы;Epvnesh помимо координат может в явном виде зависеть от времени.

Выражения для потенциальной энергии

Потенциальная энергия материальной точки находящейся в потенциальном поле сил определяют формулой:

где Y – силовая функция, C – постоянная интегрирования.

Консервативная сила (), которая действует на материальную точку связана спотенциальной энергией соотношением:

где или – оператор Гамильтона (оператор набла).

В случае нестационарных консервативных сил потенциальная энергия материальной точки является функцией координат ивремени (Ep=Ep(x,y,z,t)).

Внутренняя потенциальная энергия системы – алгебраическая сумма потенциальных энергий (Ep(ik))взаимодействия всех пар точек системы:

где , –потенциальные силы с которыми взаимодействуютi–я и k-я точки системы. Если тело является твёрдым, то Epvnutr=const, тогда считают, что:

Частные случаи формул для потенциальной энергии

Потенциальная энергия упруго деформированного в случае линейного растяжения тела наx равна:

где k – коэффициент упругости.

Потенциальная энергия точки в поле гравитации Земли:

где m – масса материальной точки, M – масса Земли, R – радиус Земли. G – гравитационная постоянная.При этом полагают, что при потенциальная энергия равна нулю .

Потенциальная энергия тела поднятого над Землей на расстояние много меньшее, чем радиус Земли равна:

где m – масса тела, g- ускорение свободного падения, h — высота поднятия тела ( от некоторого условно нулевого уровня,где потенциальная энергия считается равной нулю).

Единицы измерения потенциальной энергии

Основной единицей измерения кинетической энергии (как и любого другого вида энергии) в системе СИ служит Дж (джоуль), в системе СГС – эрг. При этом: 1 дж = 107 эрг.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Материальная точка перемещается в положительном направлении оси X (x>0)в поле консервативных сил, потенциальная энергия которых задана графиком (рис.1). Как изменится в процессе движения модуль ускорения?

Решение. Исходя из графика на рис.1 можно записать уравнение, которое свяжет потенциальную энергию и координату материальной точки в ходе перемещения:

где A – некоторая постоянная.

В качестве основы для решения задачи используем формулу, связывающую консервативную силы и потенциальную энергию:

Для движения по оси X, которое представлено в нашей задаче выражение (1.2) примет вид:

Соответственно (1.1) и (1.3) модуль силы, действующей на материальную точку равен:

По второму закону Ньютона модуль силы может быть найден как:

Значит, получим выражение для ускорения рассматриваемой материальной точки:

Ответ. Из полученного выражения для ускорения материально точки в заданном поле можно сделать вывод, что ускорение по модулю не изменяется.

Пример

Задание. Какую работу совершают над материальной точкой силы поля, если частица переходит из точки имеющей координаты (1;1;1) в точку с координатами (2;2;2). При этом потенциальная энергия частицы задана функцией: . Учтите, что потенциальная энергия задана в Дж, а координаты в метрах.

Решение. Потенциальная энергия определяется работой, совершаемой потенциальными силами, а именно работа консервативных сил равна убыли потенциальной энергии:

Используя условия задачи, найдем Ep1 и Ep2:

Получаем:

(Дж)

Ответ. (Дж)

Читать дальше: Формула силы притяжения.

Вы поняли, как решать? Нет?

Источник: https://www.webmath.ru/poleznoe/formules_21_6_potencialnaja_jenergija.php

Формула кинетической и потенциальной видов энергии: в чем она измеряется и чему равна

Окружающий мир пребывает в постоянном движении. Любое тело (объект) способно выполнить определенную работу, даже если оно в состоянии покоя. Но для совершения любого процесса требуется приложить некоторые усилия, порой немалые.

В переводе с греческого языка этот термин означает «деятельность», «сила», «мощь». Все процессы на Земле и за пределами нашей планеты происходят благодаря этой силе, которой обладают окружающие объекты, тела, предметы.

Виды энергии

Среди большого разнообразия выделяют несколько основных видов данной силы, отличающихся прежде всего своими источниками:

  • механическая – данный вид характерен для движущихся в вертикальной, горизонтальной или другой плоскости тел,
  • тепловая – выделяется в результате неупорядоченного движения молекул в веществах,
  • электрическая – источником этого вида является движение заряженных частиц в проводниках и полупроводниках,
  • световая – переносчиком ее являются частицы света – фотоны,
  • ядерная – возникает вследствие самопроизвольного цепного деления ядер атомов тяжелых элементов.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  В чем отличие индукционного тока от электрического

В этой статье пойдет речь о том, что собой представляет механическая сила предметов, из чего она состоит, от чего зависит и как преобразуется во время различных процессов.

Благодаря этому виду предметы, тела могут находиться в движении либо в состоянии покоя. Возможность такой деятельности объясняется присутствием двух основных составляющих:

  • кинетической (Ек),
  • потенциальной (Еп).

Именно сумма кинетической и потенциальной энергий определяет общий численный показатель всей системы. Теперь о том, какие формулы используются для расчетов каждой из них, и в чем измеряется энергия.

Как рассчитать энергию

Кинетическая энергия – это характеристика любой системы, которая находится в движении. Но как найти кинетическую энергию?

Сделать это несложно, так как расчетная формула кинетической энергии весьма проста:

Конкретное значение определяется двумя основными параметрами: скоростью перемещения тела (V) и его массой (m). Чем больше данные характеристики, тем большей значением описываемого явления обладает система.

Но если объектом не совершаются перемещения (т.е. v = 0), то и кинетическая энергия равна нулю.

Потенциальная энергия – это характеристика, зависящая от положения и координат тел.

Любое тело подвержено земному притяжению и воздействию сил упругости. Такое взаимодействие объектов между собой наблюдается повсеместно, поэтому тела находятся в постоянном движении, меняют свои координаты.

Установлено, чем выше от поверхности земли находится предмет, чем больше его масса, тем большим показателем данной величины оно обладает.

Таким образом, зависит потенциальная энергия от массы (m) , высоты (h). Величина g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек2. Функция расчета ее количественного значения выглядит так:

Eп = mgh, (2)

Единицей измерения этой физической величины в системе СИ считается джоуль (1 Дж). Именно столько нужно затратить сил, чтобы переместить тело на 1 метр, приложив при этом усилие в 1 ньютон.

Важно! Джоуль как единица измерения утвержден на Международном конгрессе электриков, который проходил в 1889 году. До этого времени эталоном измерения была Британская термическая единица BTU, используемая в настоящее время для определения мощности тепловых установок.

Основы сохранения и превращения

Из основ физики известно, что суммарная сила любого объекта, независимо от времени и места его пребывания, всегда остается величиной постоянной, преобразуются лишь ее постоянные составляющие (Еп) и (Ек).

Переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно происходит при определенных условиях.

Например, если предмет не перемещается, то его кинетическая энергия равна нулю, в его состоянии будет присутствовать только потенциальная составляющая.

И наоборот, чему равна потенциальная энергия объекта, например, когда он находится на поверхности Земли (h=0)? Конечно, она нулевая, а Е тела будет состоять только из ее составляющей Ек.

Но потенциальная энергия – это мощность движения. Стоит только системе приподняться на какую- то высоту, после чего его Еп сразу начнет увеличиваться, а Ек на такую величину, соответственно, уменьшаться. Эта закономерность просматривается в вышеуказанных формулах (1) и (2).

Для наглядности приведем пример с камнем либо мячом, которые подбрасывают. В процессе полета каждый из них обладает и как потенциальной, так и кинетической составляющей. Если одна увеличивается, то другая на такую же величину уменьшается.

Полет предметов вверх продолжается лишь до тех пор, пока хватит запаса и сил у составляющей движения Ек. Как только она иссякла, начинается падение.

А вот чему равна потенциальная энергия предметов в самой верхней точке, догадаться нетрудно, она максимальная.

При их падении происходит все наоборот. При касании с землей уровень кинетической энергии равен максимуму.

Действие этого закона наблюдается не только в обычной жизни, но и в научных теориях. Кратко об одной из них.

Так как между многочисленными частицами идеального газа отсутствует какое-либо взаимодействие, то потенциальная составляющая описываемого явления молекул постоянно нулевая. Значит, вся внутренняя сила частиц идеального газа определяется, как средняя кинетическая, и рассчитывается по приведенной выше формуле (1).

Внимание! В наше время на письменных столах можно увидеть сувенир, называемый «маятником Ньютона». Этот прибор прекрасно демонстрирует процесс преобразования. Если крайний шарик отвести в сторону, а затем его отпустить, он после столкновения передает свой энергетический заряд следующему шарику, а тот своему соседу.

Виды энергии в физике

Кинетическая и потенциальная энергии, формулы

Вывод

На вопрос, например, как найти кинетическую энергию, ученые давно дали ответ. Уже в середине XIX в. английский механик Уильям Томсон использовал в своих опытах определение «кинетическая». Но современная жизнь заставила проводить глубокие исследования по части преобразования одного вида в другой.

! Что показывает скорость при равномерном прямолинейном движении: формула

Источник: https://tvercult.ru/nauka/kak-vyichislyaetsya-formula-kineticheskoy-i-potentsialnoy-energii

Кинетическая и потенциальная энергия — определение, теоремы и формулы расчетов

Ещё в древности энергию определяли как свойство или способность, которые тела и вещества должны производить вокруг себя и которые во время преобразований обмениваются через два механизма: в форме работы или тепла.

Правда, тогда еще не знали, что таким образом выполняется закон сохранения энергии.

Но кроме физических изменений, проявляющихся, например, в подъёме объекта, его транспортировке, деформации или нагревании, энергия также присутствует в химических изменениях, таких как сжигание куска дерева или разложение воды электрическим током.

Энергия — это способность тела работать, а также сила, которая выполняет работу. Она может быть представлена в виде различных переходных форм:

  • тепловой;
  • механической;
  • химической;
  • электрической;
  • ядерной.

В физике самая важная форма называется механической энергией. Это сумма и определение потенциальной и кинетической энергии, формула которой: E = Ek + Wp.

Энергия движения

Кинетическая энергия тела — это та, которой тело обладает благодаря своему движению. Её определяют как силу, необходимую для ускорения тела определённой массы от покоя до максимальной указанной скорости. Как только достигается ускорение, тело сохраняет энергию, если скорость не изменяется. Чтобы тело вернулось в состояние покоя, необходима отрицательная работа той же величины.

Единица измерения кинетической энергии — джоуль. Обычно она обозначается буквой E c или E k. Расчёт мощности измеряется по-разному. Для того чтобы найти её количество можно использовать онлайн-калькулятор.

История и определение

Прилагательное «кинетический» в названии произошло от древнегреческого слова кίνησις kinēsis, что означает «движение».

Идею связи классической механики и кинематической энергии впервые выдвинули Готфрид Вильгельм Лейбниц и Даниэль Бернулли. Учёный Грейвсанд из Нидерландов предоставил экспериментальное подтверждение этой связи.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Для чего проводят замеры сопротивления изоляции

Но первые теоретические выкладки этих идей приписаны Гаспар-Гюстав Кориолису, который в 1829 году опубликовал статью, где была изложена математика этого процесса. Сам термин появился в 1849 году благодаря Уильяму Томсону, более известному как лорд Кельвин.

Теорема о кинетической энергии гласит: изменение кинетической силы тела равно работе равнодействующей всех сил, действующих на тело. Эта теорема справедлива независимо от того, какие силы действуют на тело.

Часто различают кинетическую силу поступательного и вращательного движения. Как и любая физическая величина, которая является функцией скорости, она не только зависит от внутренней природы этого объекта, но также зависит от отношений между объектом и наблюдателем (в физике наблюдатель формально определяется классом определённая система координат, называемая инерциальной системой отсчёта).

Эта энергия деградирует и сохраняется в каждой трансформации, теряя способность совершать новые трансформации, но она не может быть создана или разрушена, только трансформирована, поэтому её сумма во вселенной всегда постоянна.

Кинематика системы частиц

Для частицы или для твёрдого тела, которое не вращается, кинетическая энергия падает до нуля, когда тело останавливается. Однако для систем, которые содержат много частиц с независимыми движениями, это не совсем верно.

Для твёрдого тела, которое вращается, полная кинетическая сила может быть разбита на две суммы: энергия перемещения, связанная со смещением центра масс тела в пространстве, и вращения (с вращательным движением с определённой угловой скоростью).

Гравитационная сила

Потенциальной гравитацией обладают тела в силу того, что они имеют массу и находятся на определённом взаимном расстоянии. Среди огромных масс действуют силы притяжения.

Применительно, например, к планетарному движению, основная масса солнечной системы состоит из массы Солнца, которая создаёт гравитационное силовое поле, воздействующее на малые массы планет.

В свою очередь, каждая планета создаёт такое же поле, которое воздействует на второстепенные тела, находящиеся на её поверхности. Зависимость силы тяжести от высоты можно изобразить на графике. При увеличении массы тела линейно увеличивается и она.

Энергия упругой деформации

Эластичность — это свойство определённых материалов, благодаря которому, будучи деформированными, растянутыми или отделёнными от своего исходного положения, они могут восстановить своё первоначальное состояние или равновесие. Восстановительными силами, ответственными за восстановление, являются силы упругости, как в случае пружин, резиновых полос или струн музыкальных инструментов.

Многие древние военные машины использовали эти силы для запуска объектов на расстоянии, таких как дуга, которая стреляет стрелой, арбалет или катапульта. Вибрации или колебания материальных объектов, вызванные упругими силами, являются источником звуковых волн. Силы восстановления, когда объект восстанавливает свою первоначальную форму практически без какого-либо демпфирования или деформации, являются консервативными, и может быть получена упругая сила.

Пружина является примером упругого объекта, который точно восстанавливает первоначальную форму: при растяжении он создаёт упругую силу, стремящуюся вернуть его к первоначальной длине. Экспериментально подтверждено, что эта восстановительная сила пропорциональна растянутой длине пружины. Способ выразить эту пропорциональность между силой и растянутой суммой — через закон Гука.

Коэффициент пропорциональности при этой деформации зависит от типа материала и рассматриваемой геометрической формы. Для твёрдых тел сила упругости обычно описывается в терминах величины деформации, вызванной растягивающей силой, возникающей в результате этого растяжения, называемого упругостью или модулем Юнга. Для жидкостей и газов это выражается изменением давления, способного вызвать изменение объёма, и называется модулем сжимаемости.

Одним из свойств упругости твёрдого тела или жидкости при растяжении или деформации является то, что растяжение или деформация пропорциональны приложенному усилию. То есть для создания двойного растяжения потребуется двойная сила. Эта линейная зависимость смещения от приложенной силы известна как закон Гука.

Прикладное значение

Потенциальная электростатическая энергия может храниться с помощью конденсаторов. Конденсатор — это устройство, которое накапливает её внутри. Чтобы сохранить электрический заряд, он использует две проводящие поверхности, как правило, в форме листов или пластин, разделённых диэлектрическим материалом (изолятором). Эти платы являются электрически заряженными при подключении к источнику питания.

Две пластины имеют одинаковую величину, но с разными знаками, причём величина нагрузки пропорциональна приложенной разности потенциалов. Константа пропорциональности между зарядом, приобретённым конденсатором, и разностью потенциалов, достигнутой между двумя пластинами, называется ёмкостью конденсатора:

Области применения конденсаторов многочисленны в области электроники, и, следовательно, они также предназначены для бытовых приборов. В современных технологических приложениях их используют:

  • в компьютерах;
  • в средствах связи;
  • в видео, аудиоплеерах и т. д.

В этих применениях современной технологии конденсаторы способны накапливать электростатическую энергию в течение коротких периодов времени и с не слишком высокими значениями.

Источник: https://nauka.club/fizika/kinetichesk%D0%B0y%D0%B0-i-potentsialn%D0%B0y%D0%B0-energi%D1%83%D0%B0.html

Потенциальная энергия заряда и разность потенциалов

Физика > Электрическая потенциальная энергия и потенциальная разница

Узнайте, как определить потенциальную энергию между электрическими зарядами: чему равна потенциальная энергия двух зарядов, формула, разность потенциалов.

Между зарядами возникает электрическая потенциальная энергия. Разность потенциалов отображает энергию, которую тратит заряд на передвижение из точки А в В.

Задача обучения

  • Определить потенциальную энергию между зарядами.

Основные пункты

  • Электрическая потенциальная энергия появляется из-за кулоновских сил. Потенциальную энергию рассчитывают по формуле: 
  • Эту формулу можно изменить для потенциала между зарядами, пока учитывается взаимодействие каждого. Например, потенциал между тремя зарядами:  
  • Напряжение – разность электрической потенциальной энергии между двумя точками (ΔV).

Термины

  • Кулон – производная единицы электрического заряда (С).
  • Потенциальная энергия – энергия объекта в его положении или состоянии.

Электрическая потенциальная энергия формируется в следствии действия кулоновских сил. Измеряется в джоулях и основывается на позиции зарядов и их величины. Как определить потенциальную энергию между зарядами? Ее можно вывести по формуле:

Если перемену испытывают три или больше зарядов, то уравнение можно изменить так, чтобы потенциальная энергия между зарядами суммировалась:

Здесь r12 – дистанция между Q1 и Q2. Эту формулу можно изменить для любого количества зарядов.

Разность потенциалов

Давайте рассмотрим разность потенциалов. Напряжение – отличие электрических потенциалов энергии между двумя точкам (ΔV). Оно отображает работу на единицу заряда, которую нужно выполнить для транспортировки заряда из одной точки в другую. Может быть источником энергии, а также потерянной, сохраненной и использованной.

Отрицательные заряды притягиваются к более высоким напряжениям, а положительные – к низким. Поэтому ток в проводе течет от низкого к высокому напряжению. Потенциальная разница не основывается на маршруте перемещения и ее можно вычислить любым из определенного набора инструментом (вольтметр, осциллограф, потенциометр). Также применяют закон Ома.

При перемещении заряда между точками, пройденный путь не влияет на разность потенциалов

Читайте нас на Яндекс.Дзен

Источник: https://v-kosmose.com/fizika/elektricheskaya-potentsialnaya-energiya-i-potentsialnaya-raznitsa/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Можно ли ездить в ночное время на противотуманных фарах

Закрыть