Kineettinen ja potentiaalinen energia

Kineettinen energia on energia, jonka vartalo hallitsee sen avulla liike. Mahdollinen energia on energia, joka vartalo hallussaan on asento tai osavaltio. Vaikka esineen kineettinen energia on suhteessa ympäristön muiden esineiden tilaan, potentiaalienergia on täysin riippumaton ympäristöstään. Siksi esineen kiihtyvyys ei ole ilmeistä yhden esineen liikkeessä, missä myös muut samassa ympäristössä olevat esineet ovat liikkeessä. Esimerkiksi luoti, joka kärisee seisovan ihmisen ohi, omistaa kineettisen energian, mutta luodilla ei ole kineettistä energiaa rinnalla liikkuvan junan suhteen.

Vertailutaulukko

Erot - yhtäläisyydet - Kineettisen energian ja potentiaalisen energian vertailutaulukko

	Kineettinen energia	Mahdollinen energia
Määritelmä	Kehon tai järjestelmän energia suhteessa kehon tai järjestelmässä olevien hiukkasten liikkeeseen.	Potentiaalienergia on esineeseen tai järjestelmään varastoitunut energia sen sijainnin tai konfiguraation vuoksi.
Suhde ympäristöön	Kohteen kineettinen energia on suhteessa muihin liikkuviin ja paikallaan oleviin esineisiin sen välittömässä ympäristössä.	Potentiaalinen energia ei ole suhteessa esineen ympäristöön.
siirrettävyys	Kineettinen energia voidaan siirtää liikkuvasta esineestä toiseen, esimerkiksi törmäyksissä.	Potentiaalista energiaa ei voida siirtää.
esimerkit	Virtaava vesi, esimerkiksi pudotessaan vesiputouksesta.	Vesi putouksen yläosassa, ennen sakkaa.
SI-yksikkö	Joule (J)	Joule (J)
Määrittävät tekijät	Nopeus / nopeus ja massa	Korkeus tai etäisyys ja massa

Sisältö: Kineettinen ja potentiaalinen energia

• 1 Kineettisen ja potentiaalisen energian muuntaminen
• 2 Etymologia
• 3 Kineettisen energian ja potentiaalienergian tyypit
• 4 sovellusta
• 5 Viitteet

Kineettisen ja potentiaalisen energian muuntaminen

Energian säilyttämistä koskevassa laissa todetaan, että energiaa ei voida tuhota, vaan se voidaan muuttaa vain yhdestä muodosta toiseen. Ota klassinen esimerkki yksinkertaisesta heilurista. Heilurin kääntyessä ripustettu kappale liikkuu korkeammalle ja asemansa vuoksi potentiaalinergia kasvaa ja saavuttaa maksimionsa yläosassa. Kun heiluri alkaa kääntyä alaspäin, varastoitunut potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi.

Kun jousi venytetään toiselle puolelle, se kohdistaa voiman toiselle puolelle, jotta se voi palata alkuperäiseen tilaansa. Tätä voimaa kutsutaan palauttavaksi voimaksi ja se vie esineet ja järjestelmät alhaisen energian tasoonsa. Jousen venyttämiseen tarvittava voima varastoituu metalliin potentiaalienergiana. Kun jousi vapautetaan, varastoitu potentiaalienergia muuntuu kineettiseksi energiaksi palautusvoiman avulla.

Kun jokin massa nostetaan, maan gravitaatiovoima (ja tässä tapauksessa palautusvoima) toimittaa sen takaisin alas. Massan nostamiseksi tarvittava energia varastoidaan potentiaalienergiana sen sijainnin vuoksi. Kun massa putoaa, varastoitunut potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi.

Etymologia

Sana "kineettinen" on johdettu kreikan sanasta kinesis, mikä tarkoittaa "liikettä". Termit "kineettinen energia" ja "työ", sellaisina kuin ne ymmärretään ja käytetään nykyään, ovat peräisin 1800-luvulta. Erityisesti "kineettisen energian" uskotaan rakentaneen William Thomson (lordi Kelvin) noin vuonna 1850.

Termin "potentiaalinen energia" loi skotlantilainen fyysikko ja insinööri William Rankine, joka jatkoi useille tieteille, mukaan lukien termodynamiikka.

Kineettisen energian ja potentiaalienergian tyypit

Kineettinen energia voidaan luokitella kahteen tyyppiin objektityypistä riippuen:

• Translaatio-kineettinen energia
• Kiertoenergian kierto

Jäykillä, pyörimättömillä kappaleilla on suoraviivainen liike. Siten translaation kineettinen energia on kineettistä energiaa, joka on suorassa liikkeessä olevan esineen hallussa. Kohteen kineettinen energia liittyy sen momenttiin (massan ja nopeuden tuote, p = mv, missä m on massa ja v on nopeus). Kineettinen energia liittyy vauhtiin suhteen E = p ^ 2 / 2m kautta, ja siten translaation kineettinen energia lasketaan E = ½ mv ^ 2. Jäykillä kappaleilla, jotka pyörivät massan keskipistettä pitkin, on kiertyvä kineettinen energia. Pyörivän kappaleen kiertoenergia lasketaan sen liikkuvien osien kokonaisenergiaksi. Lepokeinoilla on myös kineettistä energiaa. Siinä olevat atomit ja molekyylit ovat jatkuvassa liikkeessä. Tällaisen ruumiin kineettinen energia on sen lämpötilan mitta.

Potentiaalienergia luokitellaan sovellettavasta palautusvoimasta riippuen.

• Gravitaatiopotentiaalienergia - esineen potentiaalienergia, joka liittyy gravitaatiovoimaan. Esimerkiksi, kun kirja asetetaan pöydän päälle, energia, jota tarvitaan kirjan nostamiseksi lattialta, ja energia, jota kirjalla on sen korkean aseman vuoksi pöydällä, on gravitaatiopotentiaalienergia. Tässä painovoima on palauttava voima.
• Elastinen potentiaalienergia - Elastisen ruumiin, kuten keulan ja katapultin, hallussa oleva energia, kun se on venytetty ja muodonmuutos yhteen suuntaan, on joustava potentiaalienergia. Palautusvoima on joustavuutta, joka toimii vastakkaiseen suuntaan.
• Kemiallinen potentiaalienergia - energia, joka liittyy atomien ja molekyylien järjestelyyn rakenteessa, on kemiallinen potentiaalienergia. Kemiallinen energia, jota aineella on sen mahdollisuuden vuoksi, että se joutuu kemialliseen muutokseen osallistumalla kemialliseen reaktioon, on aineen kemiallinen potentiaalienergia. Esimerkiksi polttoainetta käytettäessä polttoaineeseen varastoitunut kemiallinen energia muunnetaan lämmön tuottamiseksi.
• Sähköinen potentiaalienergia - energia, jota esineellä on sen sähkövarauksen perusteella, on sähköinen potentiaalienergia. Niitä on kahta tyyppiä - sähköstaattinen potentiaalienergia ja sähköodynaaminen potentiaalienergia tai magneettinen potentiaalienergia.
• Ydinpotentiaalienergia - potentiaalienergia, joka hiukkasilla (neutroneilla, protoneilla) on atomin ytimessä, on ydinpotentiaalienergia. Esimerkiksi vetyfuusio auringossa muuttaa aurinkoaineeseen varastoituneen potentiaalienergian valoenergiaksi.

Sovellukset

• Huvipuiston vuoristorata alkaa kineettisen energian muuntamisesta painovoimapotentiaaliksi.
• Painovoimapotentiaalienergia pitää planeetat kiertoradalla auringon ympärillä.
• Ammukset heitetään trebuketilla hyödyntämällä potentiaalista potentiaalienergiaa.
• Avaruusaluksissa käytetään kemiallista energiaa lentoonlähtöön, jonka jälkeen kineettistä energiaa lisätään saavuttamaan kiertonopeus. Saatu kineettinen energia pysyy vakiona kiertoradalla.
• Kineettinen energia, joka annetaan pallojen kääntämiseen biljardipelissä, siirretään muihin palloihin törmäysten kautta.

Viitteet

• Wikipedia: Kineettinen energia
• Wikipedia: Potentiaalinen energia