ポテンシャル エネルギーは、さまざまなシステム コンポーネントの相対的な位置によって定義される、システムに蓄えられたエネルギーです。ばねが縮んだり伸びたりすると、位置エネルギーが増加します。鋼球を地面から持ち上げると、底にあるときよりも位置エネルギーが大きくなります。
エネルギー保存の法則は、物体に保存力が作用している場合、物体の全体的な力学的エネルギーが保存されることを示しています。
ばねのポテンシャル エネルギー
ばねは標準的なツールであり、質量が小さいため慣性を見落としがちです。ばねは、圧縮によるひずみを受けて平衡点に達すると変形すると予想されます。したがって、ばねは、物体を圧縮または伸長するときに、等しく反対の力を発揮します。
バネ、輪ゴム、分子などの圧縮可能または伸縮可能なアイテムは、エネルギーを蓄えます。弾性ポテンシャルエネルギーとも呼ばれます。これは、力と移動距離の積です。
スプリングの仕事
ばねは、平均位置にあるときはポテンシャル エネルギーを持ちません。それにストレスはありません。ただし、バネを通常の場所から移動すると、新しい場所のためにエネルギーが保持されます。
ばねまたは弾性体が行う仕事は、伸縮による変形の結果です。ばね定数 k と延長距離によって決まります。
ばねの位置エネルギーの式
弦の位置エネルギーは、力 × 変位に等しい.
さらに、力はばね定数の変位に比例します。
ばねのポテンシャル エネルギーは次のとおりです。
PE =½ ×kx²
どこで、
P.E.はバネの位置エネルギーです
k はばね定数です
X はばねの変位です
ばねのポテンシャル エネルギーを計算するには、フックの法則を適用する必要があります。位置エネルギーはばねの仕事に相当し、仕事は力と変位の積です。 「変位」という用語は、スプリングの位置の変化を指します。
フックの法則
フックの法則を述べるとき、それを定式化した英国の物理学者ロバート・フックに言及することが不可欠です。彼は17世紀に住んでいました。
フックの方程式は、高層ビルに吹く風やミュージシャンがギターの弦を (ある程度) 弾くなど、弾性体が変形するさまざまな状況で成り立ちます。この方程式を満たすボディは、線形弾性体またはフック型ボディと呼ばれます。
フックの法則の最も一般的な形では、構成材料の固有の性質に基づいて、複雑なオブジェクトのひずみと応力の関係を判断できます。
文字列を伸ばすと、
Fspring =-kx
どこで、
Fspring はばね力です
k はばね定数
x はスプリングの伸縮または圧縮です
力学的エネルギーの保存
エネルギー保存の法則を述べると、保存力がシステムに適用される場合、システムの全体的な機械的エネルギーは保存されます。エネルギーの生成と破壊を同時に行うことができないため、エネルギーはシステムに作用する保守的な力によってのみ内部的に変化します。
宇宙のような孤立したシステムの一部がエネルギーを失うと、同じシステムの別の部分がエネルギーを得る必要があります。エネルギー保存を証明することはできませんが、原理の違反が証明されたことはありません。
どのシステムでも、以下の式を使用してエネルギー量を計算できます。
Ut=Ui+W+Q
どこで、
Ut=システムの全エネルギー
Ui=システムの初期エネルギー
W=システムによって、またはシステム上で行われた作業
Q=熱の追加または除去
保守的な力のみを持つ全体的なシステムは、各力に関連する位置エネルギーの形によって特徴付けられます。
オブジェクトが保守的な正味の力の反対方向に移動すると、そのポテンシャル エネルギーが増加します。ただし、その運動エネルギーも変化します。つまり、オブジェクトの速度が変化します。
フォーム間の機械エネルギーの変換には、さまざまなデバイスが含まれます。たとえば、電気エネルギーは電気モーターによって機械エネルギーに変換されます。
結論
エネルギー保存の法則とは、エネルギーは生成も破壊もされないというものです。機械エネルギーについては、システムに保存力が適用された場合、システムの全体的な機械エネルギーが保存されることもわかります。力学的エネルギーは、総運動エネルギーと総ポテンシャル エネルギーの合計です。システムの機械的エネルギーは、その巨視的な特性です。
