Energia potencjalna

Energia potencjalna – energia, którą posiada ciało z uwagi na swoje położenie lub stan. Ciało posiadające energię potencjalną ma potencjał do wykonania pracy. Przykładowo napięty łuk może wystrzelić strzałę a zjeżdżający z górki rowerzysta może rozpędzić się bez użycia pedałów.

Często spotykanymi przykładami energii potencjalnej są: energia potencjalna grawitacji oraz energia potencjalna sprężystości. Jednostką energii potencjalnej jest – dżul.

Jaki jest wzór na energię potencjalną?
Uczniowie często szukają wzoru na energię potencjalną. Postać wzoru zależy – od rodzaju energii potencjalnej. Energia potencjalna grawitacji wyraża się innym wzorem niż energia potencjalna sprężystości.

1. Energia potencjalna grawitacji

Energię potencjalną grawitacji posiada ciało, które znajduje się na pewnej wysokości względem wybranego przez nas poziomu odniesienia np. książka na półce względem podłogi, jabłko na drzewie względem powierzchni ziemi. Te ciała mają potencjał do wykonania pracy – przykładowo spadająca cegła może wbić kołek w ziemię.

Wzór na energię potencjalną grawitacji:

Zmiana energii potencjalnej grawitacji zależy od masy ciała m oraz wysokości h, na której znajdowało się ciało. Zmiana energii potencjalnej grawitacji ΔE_p możemy wyrazić wzorem ΔE_p​ = m ⋅ g ⋅ h, gdzie m – masa, g – przyspieszenie ziemskie, h – wysokość.

\large \Delta E_p = m \cdot g \cdot h

Przykład: Jabłko wiszące na drzewie posiada energię potencjalną, którą może wykorzystać na rozpędzenie się podczas spadania. Im większa wysokość, na której wisi i im jest cięższe tym bardziej się rozpędzi podczas spadania.

2. Energia potencjalna sprężystości

Energię potencjalną sprężystości posiada ciało, które zostało odkształcone i samorzutnie powróci do swojego pierwotnego stanu np. naciągnięta gumka, rozciągnięta sprężyna, napięty łuk. Te ciała mają potencjał do wykonania pracy – np. napięty łuk może wystrzelić strzałę.

Wzór na energię potencjalną sprężystości:

Energię potencjalną sprężystości odkształconego ciała ΔE_ps możemy wyrazić wzorem: ΔE_p​_s = kx² / 2, gdzie k to współczynnik sprężystości a x – odkształcenie.

\large \Delta E_{ps} = \frac{kx^2}{2}

3. Jednostka energii potencjalnej – dżul

Jednostką energii potencjalnej jest dżul. Nazwa dżul pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka Jamesa Joule’a.

Jeden dżul jest równy energii (lub pracy) wykonanej przez siłę o wartości 1 N przy przesunięciu punktu przyłożenia siły o 1 m w kierunku równoległym do kierunku działania siły.

1 J = \frac{kg \cdot m^2}{s^2} = 1 N \cdot m = 1 W \cdot s

Koniecznie przeczytaj też o:

• Energii kinetycznej
• Energii mechanicznej (sumie energii kinetycznej i potencjalnej)
• Całym dziale praca, moc, energia, w którym omawiamy energię kinetyczną