Гравитациялық потенциалдық энергия және серпімді потенциалдық энергия
Гравитациялық потенциалдық энергия және серпімді потенциалдық энергия механикада талқыланатын екі маңызды шама. Бұл мақала олардың анықтамаларын, ұқсастықтары мен айырмашылықтарын салыстыруға және салыстыруға тырысады.
Гравитациялық потенциалдық энергия дегеніміз не?
Гравитациялық потенциалдық энергияны түсіну үшін гравитациялық өрістердегі бастапқы білім қажет. Ауырлық күші - кез келген масса әсерінен пайда болатын күш. Масса ауырлық күшінің қажетті және жеткілікті шарты болып табылады. Кез келген массаның айналасында анықталған гравитациялық өріс бар. Бір-бірінен r қашықтықта орналасқан m1 және m2 массаларын алыңдар. Бұл екі массаның арасындағы тартылыс күші G.m1.m2/r2, мұндағы G – әмбебап гравитациялық тұрақты. Теріс массалар болмағандықтан, тартылыс күші әрқашан тартымды болады. Итеруші гравитациялық күштер жоқ. Айта кету керек, тартылыс күштері де өзара. Яғни, m1 күші m2-ге тең және m2 күшіне қарама-қарсы m1. Нүктедегі гравитациялық потенциал бірлік массаны шексіздіктен берілген нүктеге жеткізген кездегі жұмыс көлемі ретінде анықталады. Шексіздіктегі гравитациялық потенциал нөлге тең және орындалатын жұмыс көлемі теріс болғандықтан, гравитациялық потенциал әрқашан теріс болады. Нысанның гравитациялық потенциалдық энергиясы объект шексіздіктен аталған нүктеге дейін алынған кездегі объектіге жасалған жұмыс ретінде анықталады. Бұл да гравитациялық потенциал мен заттың массасының көбейтіндісіне тең. Нысанның массасы әрқашан оң және кез келген нүктенің гравитациялық потенциалы теріс болғандықтан, кез келген заттың гравитациялық потенциалдық энергиясы да теріс болады.
Эластикалық потенциалдық энергия дегеніміз не?
Икемділік – заттың өте пайдалы қасиеті. Бұл сыртқы күштер жойылғаннан кейін материалдардың бастапқы пішініне оралу қабілеті. Серпімді стерженьді созылған күйде ұстау үшін қажетті күш өзекшенің созылған ұзындығына пропорционал болатыны байқалады. Пропорционалдық константасы серіппелі тұрақты деп аталады және k арқылы белгіленеді. Бұл бізге F=-kx теңдеуін береді. Минус таңбасы х күшінің кері бағытын білдіреді. Серпімділік потенциалдық энергиясы – серпімді затты берілген x ұзындыққа созу үшін қажет жұмыс көлемі. Қолданылған күш F(x)=kx болғандықтан, орындалған жұмыс dx-ке қатысты F(x) нөлден х-ке дейін интегралдауға тең, бұл kx2 /2. Демек, потенциалдық энергия kx2/2. Өзекшенің ұшына бекітілген кез келген заттың потенциалдық энергиясы заттың массасына емес, тек серіппе тұрақтысына және созылған ұзындыққа байланысты екенін ескеру қажет.
Гравитациялық және серпімді потенциалдық энергияның айырмашылығы неде?
• Гравитациялық потенциалдық энергия әрқашан теріс, ал серпімділік потенциалдық энергия әрқашан оң.
• Гравитациялық потенциалдық энергия объектінің массасына тәуелді, бірақ серпімді потенциалдық энергия массаға тәуелді емес.
