אנרגיה פוטנציאלית כבידה לעומת אנרגיה פוטנציאלית אלסטית
אנרגיה פוטנציאלית כבידה ואנרגיה פוטנציאלית אלסטית הם שני גדלים חשובים הנדונים במכניקה. מאמר זה ינסה להשוות ולהבדיל מהן ההגדרות שלהם, הדמיון וההבדלים ביניהם.
מהי אנרגיה פוטנציאלית כבידה?
כדי להבין את האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה, נדרש ידע רקע בשדות כבידה. כוח הכבידה הוא הכוח המתרחש עקב מסה כלשהי. המסה היא התנאי ההכרחי והמספיק לכוח הכבידה.יש שדה כבידה מוגדר סביב כל מסה. קח מסות m1 ו-m2 הממוקמות במרחק r אחד מהשני. כוח הכבידה בין שתי המסות הללו הוא G.m1.m2/r2, כאשר G הוא קבוע הכבידה האוניברסלי. מכיוון שלא קיימות מסות שליליות, כוח הכבידה תמיד מושך. אין כוחות כבידה דוחים. יש לציין שגם כוחות הכבידה הם הדדיים. כלומר, הכוח m1 המופעל על m2 שווה ומנוגד לכוח m2 המופעל על m1. פוטנציאל הכבידה בנקודה מוגדר ככמות העבודה שנעשתה על יחידת מסה כאשר מביאים אותה מאינסוף לנקודה הנתונה. מכיוון שפוטנציאל הכבידה באינסוף הוא אפס וכמות העבודה שיש לבצע היא שלילית, פוטנציאל הכבידה תמיד שלילי. האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה של עצם מוגדרת כעבודה הנעשית על העצם כאשר האובייקט נלקח מאינסוף לנקודה האמורה. זה שווה גם למכפלת פוטנציאל הכבידה והמסה של העצם.מכיוון שהמסה של העצם היא תמיד חיובית ופוטנציאל הכבידה של כל נקודה הוא שלילי, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה של כל עצם היא גם שלילית.
מהי אנרגיה פוטנציאלית אלסטית?
גמישות היא תכונה שימושית מאוד של החומר. זוהי היכולת של החומרים לחזור לצורתם המקורית לאחר הסרת הכוחות החיצוניים. יש לציין כי הכוח הנדרש כדי לשמור על מוט אלסטי מתוח הוא פרופורציונלי לאורך המתוח של המוט. קבוע המידתיות ידוע כקבוע הקפיץ והוא מסומן באמצעות k. זה נותן לנו את המשוואה F=-kx. סימן המינוס מייצג את הכיוון ההפוך של x לכוח. האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית היא כמות העבודה הנדרשת כדי למתוח את האובייקט האלסטי באורך נתון x. מכיוון שהכוח המופעל F(x)=kx, העבודה שנעשתה שווה לאינטגרציה של F(x) מאפס ל-x, ביחס ל-dx, השווה ל-kx2 /2. לכן, האנרגיה הפוטנציאלית היא kx2/2.יש לציין שהאנרגיה הפוטנציאלית של כל חפץ המחובר לקצה המוט אינה תלויה במסה של החפץ אלא רק בקבוע הקפיץ, ובאורך המתוח.
מה ההבדל בין אנרגיה פוטנציאלית כבידה לאלסטית?
• אנרגיה פוטנציאלית כבידה היא תמיד שלילית בעוד שהאנרגיה הפוטנציאלית האלסטית תמיד חיובית.
• אנרגיה פוטנציאלית כבידה תלויה במסה של העצם, אבל אנרגיה פוטנציאלית אלסטית אינה תלויה במסה.
