势能
势能是物体储存的或潜在的能量。它常常与动能相对照。
在物理学中,势能是指物体因其在力场中的位置而具有的能量,或系统因其各部分的排列方式而具有的能量。常见的类型包括物体的重力势能,它取决于物体的垂直位置和质量,延伸弹簧的弹性势能,以及电场中电荷的电动势能。能量的SI单位是焦耳(符号J)。
势能常与弹簧或重力等恢复力有关。拉伸弹簧或提升质量的作用是由外力对势能的力场做功。这个功储存在力场中,说成是势能储存。如果外力被移除,力场就会作用在身体上做功,因为它将身体移回初始位置,减少弹簧的拉伸或使身体下降。当这种情况发生时,势能就会转变为动能。由于能量守恒定律,总能量保持不变。
物理学家说,势能是指物体在某一位置的能量与其在参考位置的能量之差。
简单的例子
把一块石头带上坡,可以增加它在重力作用下的势能。拉伸橡皮筋会增加它的弹性势能,这是电势能的一种形式。燃料和氧化剂的混合物具有化学势能,这是另一种形式的电动势能。电池也具有化学势能。
势能的类型
势能有多种类型,每一种势能都与特定类型的力有关。
引力势能
当物体的高度和质量是系统中的一个因素时,重力势能是物体所经历的。重力势能使物体相互移动。如果将物体从地球表面抬起一定距离,所经历的力是由重量和高度引起的。功的定义是指距离上的力,而功是能量的另一个词。举起物体时增加的势能是:。
U = F Δ h {displaystyle U=F/Delta h}。
哪儿
F {displaystyle F}是重力的作用力
Δ h {displaystyle ΔDelta h}是高度的变化。
或
U = m g h {displaystyle U=mgh}。
这里,g=9.81m/s 2 {textstyle g=9.81/m/s}。^{2}}是重力引起的加速度。
物体从位置1落到位置2时,重力势能所做的总功是:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}}。
或
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}}。
哪儿
m {displaystyle m}是对象的质量。
h 1 {\displaystyle h_{1}}是第一个位置。
h 2 {\displaystyle h_{2}}是第二个位置。
电势能
电势能是由不同和相同的电荷所产生的,因为它们相互排斥或吸引。电荷可以是正电荷(+),也可以是负电荷(-),其中相反的电荷吸引,相似的电荷排斥。如果将两个电荷相距一定的距离,电荷之间储存的电势能可以通过以下方法计算出来。
U=k Q q r {displaystyle U={/frac {kQq}{r}}}.
哪儿
k {displaystyle k}是1/4π↪Ll_454↩(对于空气或真空来说是9×10 9 N m 2 / C 2 {displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}}。)
Q {displaystyle Q}是第一个电荷。
q {displaystyle q}是第二种充电方式
r {displaystyle r}是相隔的距离。
弹性势能
当橡胶材料被拉开或推到一起时,就会产生弹性势能。材料的势能大小取决于拉开或推开的距离。推的距离越长,材料所具有的弹性势能越大。如果材料被拉开或推开,其势能可以通过以下方法计算。
U=1 2 k x 2 {displaystyle U={\frac {1}{2}}kx^{2}}}。
哪儿
k {displaystyle k}是弹簧力常数(材料的拉伸或压缩程度)。
x {displaystyle x}是材料从其原始位置移动的距离。
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- 动能
问题和答案
问:什么是势能?答:势能是物体储存或压抑的能量。它通常与动能相对应,是物体因其在力场中的位置而具有的能量,或一个系统因其部件的排列方式而具有的能量。
问:有哪些常见的势能类型?
答:常见的势能类型包括重力势能、弹性势能和电势能。
问:测量能量的SI单位是什么?
答:测量能量的SI单位是焦耳(符号J)。
问:功是如何储存为势能的?
答:当外力对势能的力场起作用时,功就会被储存为势能。这个功就会作为势能储存在力场中。
问:势能如何转变为动能?
答:当一个对某一特定位置的力场起作用的外力被移除时,这将导致身体移动回其初始位置,减少弹簧上的任何拉伸或导致身体下降。在这一点上,由于能量守恒定律,任何现有的潜能都会变成动能,而整体的总量保持不变。
问:物理学家是如何定义势能的?
答:物理学家说,势能可以定义为物体在给定位置和参考位置的能量之差。