Kinetische und potentielle Energie

Kinetische Energie ist Energie, die von einem Körper besessen ist Bewegung. Potenzielle Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Besitzer besitzt Position oder Zustand. Während die kinetische Energie eines Objekts relativ zum Zustand anderer Objekte in seiner Umgebung ist, ist potenzielle Energie völlig unabhängig von seiner Umgebung. Daher zeigt sich die Beschleunigung eines Objekts nicht in der Bewegung eines Objekts, bei dem auch andere Objekte in derselben Umgebung in Bewegung sind. Zum Beispiel besitzt eine Kugel, die an einer Person vorbei an einer Person vorbeikommt.

Vergleichstabelle

Interkonversion der kinetischen und potentiellen Energie

Das Gesetz der Energieerhaltung stellt fest, dass Energie nicht zerstört werden kann, sondern nur von einer Form in eine andere verwandelt werden kann. Nehmen Sie ein klassisches Beispiel für ein einfaches Pendel. Wenn sich das Pendel schwingt, bewegt sich der suspendierte Körper höher und aufgrund seiner Position steigt die potentielle Energie und erreicht ein Maximum oben. Wenn das Pendel seinen Abwärtsschwung beginnt, wird die gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.

Wenn eine Feder zur Seite ist, übt sie eine Kraft auf die andere Seite aus, damit sie in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren kann. Diese Kraft wird als Wiederherstellungskraft bezeichnet und handelt, um Objekte und Systeme in ihre Position mit geringer Energieniveau zu bringen. Die Kraft, die erforderlich ist, um die Feder zu dehnen, wird im Metall als potentielle Energie gespeichert. Wenn die Feder freigesetzt wird, wird die gespeicherte potentielle Energie durch die restaurierende Kraft in kinetische Energie umgewandelt.

Wenn eine Masse aufgehoben wird. Die Energie, die zum Anheben der Masse erforderlich ist, wird aufgrund ihrer Position als potentielle Energie gespeichert. Wenn die Masse fallen gelassen wird, wird die gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.

Etymologie

Das Wort "kinetisch" stammt aus dem griechischen Wort Kinesis, was bedeutet "Bewegung."Die Begriffe" kinetische Energie "und" Arbeit ", wie es heute verstanden und verwendet, entstanden im 19. Jahrhundert. Insbesondere wird angenommen, dass "kinetische Energie" von William Thomson (Lord Kelvin) um 1850 geprägt wurde.

Der Begriff "potentieller Energie" wurde von William Rankine geprägt, einem schottischen Physiker und Ingenieur, der eine Vielzahl von Wissenschaften, einschließlich Thermodynamik.

Arten von kinetischer Energie und potentieller Energie

Kinetische Energie kann je nach Art der Objekte in zwei Typen eingeteilt werden:

• Translationale kinetische Energie
• Rotationskinetische Energie

Starre nicht rotierende Körper haben eine geradene Bewegung. Somit ist die translationale kinetische Energie kinetische Energie, die von einem Objekt besessen ist, das sich in einer geraden Linie bewegt. Die kinetische Energie eines Objekts hängt mit seinem Impuls zusammen (Produkt von Masse und Geschwindigkeit, P = MV, wobei m Masse ist und V Geschwindigkeit ist). Die kinetische Energie hängt mit dem Impuls durch die Beziehung e = p^2 / 2m zusammen und daher wird translationale kinetische Energie als e = ½ mv^2 berechnet. Starrkörper, die sich entlang ihres Massenzentrums drehen, besitzen Rotationskinetische Energie. Rotationskinetische Energie eines rotierenden Körpers wird als die gesamte kinetische Energie seiner verschiedenen beweglichen Teile berechnet. Pruestkörper haben auch kinetische Energie. Die darin enthaltenen Atome und Moleküle sind in einer ständigen Bewegung. Die kinetische Energie eines solchen Körpers ist das Maß für seine Temperatur.

Potentielle Energie wird je nach anwendbarer Wiederherstellungskraft klassifiziert.

• Gravitationspotentialergie - potentielle Energie eines Objekts, das mit der Gravitationskraft verbunden ist. Wenn beispielsweise ein Buch an der Spitze eines Tisches gelegt wird, ist die Energie, die erforderlich ist, um das Buch vom Boden und Energie zu erheben, die das Buch aufgrund seiner erhöhten Position auf dem Tisch besitzt. Hier ist die Schwerkraft die restaurierende Kraft.
• Elastische Potentialergie - Energie, die von einem elastischen Körper wie dem Bug und Katapult besessen ist, wenn er gedehnt und in eine Richtung deformiert wird. Die Wiederherstellungskraft ist Elastizität, die in die entgegengesetzte Richtung wirkt.
• Chemische Potentialenergie - Energie im Zusammenhang mit der Anordnung von Atomen und Molekülen in einer Struktur ist chemische Potentialergie. Chemische Energie, die durch eine Substanz aufgrund des Potentials besessen ist, muss sich durch die Teilnahme an einer chemischen Reaktion einer chemischen Veränderung unterziehen, ist die chemische Potentialergie der Substanz. Wenn beispielsweise Kraftstoff verwendet wird, wird chemische Energie, die in Kraftstoff gespeichert ist, um Wärme zu erzeugen.
• Elektrische Potentialenergie - Energie, die durch ein Objekt aufgrund seiner elektrischen Ladung besessen ist, ist die elektrische potentielle Energie. Es gibt zwei Arten - elektrostatische potentielle Energie und elektrodynamische potentielle Energie oder magnetische Potentialergie.
• Nukleare Potentialenergie - potentielle Energie, die von Partikeln (Neutronen, Protonen) in einem Atomkern besessen ist. Zum Beispiel verwandelt die Wasserstofffusion in der Sonne potentielle Energie, die in Sonnenmaterie gespeichert ist.

Anwendungen

• Die Achterbahn in einem Vergnügungspark beginnt mit der Umwandlung der kinetischen Energie in die gravitationale potentielle Energie.
• Die gravitationale potentielle Energie hält die Planeten in der Umlaufbahn um die Sonne.
• Projektile werden von einem Trebuchet geworfen.
• In Raumfahrzeugen wird chemische Energie zum Abnehmen verwendet, wonach die kinetische Energie erhöht wird, um die Orbitalgeschwindigkeit zu erreichen. Die gewonnene kinetische Energie bleibt konstant im Umlaufbahn.
• Die kinetische Energie, die zum Anstieg eines Balls in einem Billardspiel gegeben wird, wird durch Kollisionen in andere Bälle übertragen.