אנרגיה פוטנציאלית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

יש לך הודעות חדשות (השווה לגרסה הקודמת).

גרף של אנרגיה פוטנציאלית כתלות במקום. בגרף יש נקודות שיא (מקסימום) ונקודות שפל (מינימום). החלקיק שואף להימצא בנקודה בה האנרגיה הפוטנציאלית שלו מינימלית.

אנרגיה פוטנציאלית, היא אנרגיה האצורה בגוף כלשהו כתוצאה מכוח הפועל עליו. כאשר מושקעת בגוף מסוים אנרגיה על מנת להביאו למצב שבו הוא נמצא, ברגע שאותו גוף יעבור למצב שבו האנרגיה הפוטנציאלית נמוכה יותר, תומר חלק מן האנרגיה הפוטנציאלית (או כולה) לסוג אחר של אנרגיה - בדרך כלל לאנרגיה קינטית.

כאשר יש שימור אנרגיה מתקיים:

$\ E_k + E_p = Const$ ,

שזה שקול ל

$\ -\Delta E_p = \Delta E_k$

כאשר גוף הוא בעל אנרגיה פוטנציאלית $E_p = U( \vec{r} )$ התלוי במיקומו, אפשר לחשב את הכוח הפועל עליו באמצעות הגראדיאנט של האנרגיה הפוטנציאלית:

$\ \vec{F} = -\vec{\nabla} U(\vec{r})$

ולהיפך, את האנרגיה הפוטנציאלית אפשר לחשב באמצעות הכוח על ידי אינטגרציה לאורך המסלול של המערכת:

$U(\vec{r}) = -\int_{\vec{r_i}}^{\vec{r_f}}{\vec{F}\cdot\vec{dl}}$

קשר דומה מתקיים בין פוטנציאל ושדה.

[עריכה] סוגי אנרגיה פוטנציאלית

"אנרגיית גובה" - אנרגיה שמקורה בכוח המשיכה שמפעיל כדור הארץ על מסה של גוף המצוי בגובה מסוים ונופל.
"אנרגיה אלסטית" אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין חלקיקי החומר. למשל אנרגיה האגורה בקפיץ מתוח.
אנרגיה אלקטרומגנטית - אנרגיה שמקורה בגלים אלקטרומגנטיים. גלי האור נעים בחלל במהירות קבועה של כ-300,000 ק"מ בשנייה (מהירות האור). ניתן להמיר את אנרגיית האור לצורות אנרגיה אחרות, כגון אנרגיית חום, אנרגיה כימית, אנרגיה חשמלית.

[עריכה] דוגמאות

האנרגיה הפוטנציאלית של שדה כבידה אחיד (כלומר, הכוח F=mg קבוע) הוא U=mgh כאשר h הוא הגובה מנקודת ייחוס כלשהי (ניתן לבחרה באופן שרירותי ובכך משנים את ה"אפס" של האנרגיה, אך מאחר שעובדים בדרך כלל רק עם הפרשי אנרגיה, תוספת הקבוע הזאת לא משנה).

האנרגיה הפוטנציאלית של שדה כוח גאוסיאני - כלומר, כוח מהצורה $\vec{F} = {-\kappa \over r^2}$ - הוא $U = {-\kappa \over r}$ . נעיר שכוח הכבידה וכוח החשמלי הם כוחות כאלה.