Gravitationspotential vs. elastische Potentialenergie
Gravitationspotentialenergie und elastische Potentialenergie sind zwei wichtige Größen, die in der Mechanik diskutiert werden. In diesem Artikel wird versucht, ihre Definitionen, ihre Ähnlichkeiten und Unterschiede zu vergleichen und gegenüberzustellen.
Was ist potentielle Gravitationsenergie?
Um die potenzielle Energie der Gravitation zu verstehen, ist Hintergrundwissen in Gravitationsfeldern erforderlich. Gravitation ist die Kraft, die aufgrund jeder Masse auftritt. Masse ist die notwendige und die hinreichende Bedingung für die Schwerkraft. Um jede Masse herum ist ein Gravitationsfeld definiert. Nehmen Sie die Massen m1 und m2, die im Abstand r voneinander angeordnet sind. Die Gravitationskraft zwischen diesen beiden Massen ist G.m1.m2/r2, wobei G die universelle Gravitationskonstante ist. Da negative Massen nicht vorhanden sind, wirkt die Gravitationskraft immer anziehend. Es gibt keine abstoßenden Gravitationskräfte. Es muss beachtet werden, dass Gravitationskräfte auch gegenseitig sind. Das heißt, die Kraft, die m1 auf m2 ausübt, ist gleich und entgegengesetzt zu der Kraft, die m2 auf m1 ausübt. Das Gravitationspotential an einem Punkt ist definiert als die Menge an Arbeit, die an einer Einheitsmasse verrichtet wird, wenn sie aus dem Unendlichen zu dem gegebenen Punkt gebracht wird. Da das Gravitationspotential im Unendlichen Null ist und die zu verrichtende Arbeit negativ ist, ist das Gravitationspotential immer negativ. Die potenzielle Gravitationsenergie eines Objekts ist definiert als die Arbeit, die an dem Objekt verrichtet wird, wenn das Objekt aus der Unendlichkeit zu dem genannten Punkt gebracht wird. Diese ist auch gleich dem Produkt aus Gravitationspotential und der Masse des Objekts. Da die Masse des Objekts immer positiv und das Gravitationspotential jedes Punktes negativ ist, ist die Gravitationspotentialenergie jedes Objekts ebenfalls negativ.
Was ist elastische potentielle Energie?
Elastizität ist eine sehr nützliche Eigenschaft von Materie. Es ist die Fähigkeit der Materialien, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, nachdem die äußeren Kräfte entfernt wurden. Es wird beobachtet, dass die Kraft, die erforderlich ist, um einen elastischen Stab gestreckt zu h alten, proportional zur gestreckten Länge des Stabs ist. Die Proportionalitätskonstante ist als Federkonstante bekannt und wird mit k bezeichnet. Damit erh alten wir die Gleichung F=-kx. Das Minuszeichen steht für die umgekehrte Richtung von x zur Kraft. Die elastische potentielle Energie ist die Arbeit, die erforderlich ist, um das elastische Objekt um eine gegebene Länge x zu dehnen. Da die aufgebrachte Kraft F(x)=kx ist, ist die verrichtete Arbeit gleich der Integration von F(x) von Null nach x bezüglich dx, also gleich kx2 /2. Daher ist die potentielle Energie kx2/2. Es muss beachtet werden, dass die potenzielle Energie eines am Ende des Stabs befestigten Objekts nicht von der Masse des Objekts abhängt, sondern nur von der Federkonstante und der gestreckten Länge.
Was ist der Unterschied zwischen gravitativer und elastischer potentieller Energie?
• Gravitationspotential ist immer negativ, während elastisches Potential immer positiv ist.
• Gravitationspotential hängt von der Masse des Objekts ab, aber elastische Potentialenergie hängt nicht von der Masse ab.
