Zwaartekracht potentiële energie versus elastische potentiële energie
Zwaartekracht potentiële energie en elastische potentiële energie zijn twee belangrijke grootheden die in de mechanica worden besproken. Dit artikel zal proberen hun definities, overeenkomsten en verschillen te vergelijken en te contrasteren.
Wat is zwaartekracht potentiële energie?
Om de gravitatiepotentiële energie te begrijpen, is achtergrondkennis in gravitatievelden vereist. Zwaartekracht is de kracht die optreedt als gevolg van een massa. Massa is de noodzakelijke en voldoende voorwaarde voor zwaartekracht. Er is een zwaartekrachtveld gedefinieerd rond elke massa. Neem de massa's m1 en m2 die op een afstand r van elkaar zijn geplaatst. De zwaartekracht tussen deze twee massa's is G.m1.m2/r2, waarbij G de universele zwaartekrachtconstante is. Omdat er geen negatieve massa's aanwezig zijn, is de zwaartekracht altijd aantrekkelijk. Er zijn geen afstotende zwaartekrachten. Opgemerkt moet worden dat zwaartekrachten ook wederzijds zijn. Dat betekent dat de kracht die m1 op m2 uitoefent gelijk is en tegengesteld aan de kracht die m2 op m1 uitoefent. Het zwaartekrachtpotentieel op een punt wordt gedefinieerd als de hoeveelheid arbeid die wordt verricht op een eenheidsmassa wanneer deze van oneindig naar het gegeven punt wordt gebracht. Aangezien de zwaartekracht op oneindig nul is en de hoeveelheid werk die gedaan moet worden negatief is, is de zwaartekracht altijd negatief. De potentiële zwaartekrachtenergie van een object wordt gedefinieerd als het werk dat aan het object wordt gedaan wanneer het object van oneindig naar het genoemde punt wordt gebracht. Dit is ook gelijk aan het product van de zwaartekracht en de massa van het object. Aangezien de massa van het object altijd positief is en het zwaartekrachtpotentieel van elk punt negatief is, is de zwaartekracht potentiële energie van elk object ook negatief.
Wat is elastische potentiële energie?
Elasticiteit is een zeer nuttige eigenschap van materie. Het is het vermogen van de materialen om terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm nadat de externe krachten zijn verwijderd. Opgemerkt wordt dat de kracht die nodig is om een elastische staaf gestrekt te houden evenredig is met de uitgerekte lengte van de staaf. De evenredigheidsconstante staat bekend als de veerconstante en wordt aangegeven met k. Dit geeft ons de vergelijking F=-kx. Het minteken staat voor de omgekeerde richting van x naar de kracht. De elastische potentiële energie is de hoeveelheid arbeid die nodig is om het elastische voorwerp met een gegeven lengte x uit te rekken. Aangezien de uitgeoefende kracht F(x)=kx, is de verrichte arbeid gelijk aan de integratie van F(x) van nul tot x, met betrekking tot dx, dat is gelijk aan kx2 /2. Daarom is de potentiële energie kx2/2. Opgemerkt moet worden dat de potentiële energie van elk object dat aan het uiteinde van de staaf is bevestigd niet afhangt van de massa van het object, maar alleen van de veerconstante en de uitgerekte lengte.
Wat is het verschil tussen zwaartekracht en elastische potentiële energie?
• De potentiële energie van de zwaartekracht is altijd negatief, terwijl de elastische potentiële energie altijd positief is.
• De potentiële energie van de zwaartekracht hangt af van de massa van het object, maar de elastische potentiële energie is niet afhankelijk van de massa.
