Βαρυτική Δυναμική Ενέργεια έναντι Ελαστική Δυναμική Ενέργεια
Η βαρυτική δυναμική ενέργεια και η ελαστική δυναμική ενέργεια είναι δύο σημαντικές ποσότητες που συζητούνται στη μηχανική. Αυτό το άρθρο θα προσπαθήσει να συγκρίνει και να αντιπαραβάλει ποιοι είναι οι ορισμοί, οι ομοιότητες και οι διαφορές τους.
Τι είναι η Βαρυτική Δυναμική Ενέργεια;
Για να κατανοήσουμε τη βαρυτική δυναμική ενέργεια, απαιτείται γνώση υποβάθρου σε βαρυτικά πεδία. Η βαρύτητα είναι η δύναμη που εμφανίζεται λόγω οποιασδήποτε μάζας. Η μάζα είναι η απαραίτητη και επαρκής συνθήκη για τη βαρύτητα. Υπάρχει ένα βαρυτικό πεδίο που ορίζεται γύρω από οποιαδήποτε μάζα. Πάρτε τις μάζες m1 και m2 τοποθετημένες σε απόσταση r η μία από την άλλη. Η βαρυτική δύναμη μεταξύ αυτών των δύο μαζών είναι G.m1.m2/r2, όπου G είναι η καθολική σταθερά βαρύτητας. Εφόσον δεν υπάρχουν αρνητικές μάζες, η βαρυτική δύναμη είναι πάντα ελκυστική. Δεν υπάρχουν απωστικές δυνάμεις βαρύτητας. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι βαρυτικές δυνάμεις είναι επίσης αμοιβαίες. Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη που ασκεί το m1 στο m2 είναι ίση και αντίθετη με τη δύναμη που ασκεί το m2 στο m1. Το βαρυτικό δυναμικό σε ένα σημείο ορίζεται ως η ποσότητα εργασίας που γίνεται σε μια μονάδα μάζας όταν τη φέρουμε από το άπειρο στο δεδομένο σημείο. Δεδομένου ότι το βαρυτικό δυναμικό στο άπειρο είναι μηδέν και η ποσότητα της εργασίας που πρέπει να γίνει είναι αρνητική, το βαρυτικό δυναμικό είναι πάντα αρνητικό. Η βαρυτική δυναμική ενέργεια ενός αντικειμένου ορίζεται ως η εργασία που γίνεται στο αντικείμενο όταν το αντικείμενο μεταφέρεται από το άπειρο στο εν λόγω σημείο. Αυτό είναι επίσης ίσο με το γινόμενο του βαρυτικού δυναμικού και της μάζας του αντικειμένου. Δεδομένου ότι η μάζα του αντικειμένου είναι πάντα θετική και το βαρυτικό δυναμικό οποιουδήποτε σημείου είναι αρνητικό, η βαρυτική δυναμική ενέργεια οποιουδήποτε αντικειμένου είναι επίσης αρνητική.
Τι είναι η Ελαστική Δυναμική Ενέργεια;
Η ελαστικότητα είναι μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα της ύλης. Είναι η ικανότητα των υλικών να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα αφού αφαιρεθούν οι εξωτερικές δυνάμεις. Παρατηρείται ότι η δύναμη που απαιτείται για να διατηρηθεί τεντωμένη μια ελαστική ράβδος είναι ανάλογη με το τεντωμένο μήκος της ράβδου. Η σταθερά αναλογικότητας είναι γνωστή ως σταθερά ελατηρίου και συμβολίζεται χρησιμοποιώντας k. Αυτό μας δίνει την εξίσωση F=-kx. Το σύμβολο μείον αντιπροσωπεύει την αντίστροφη φορά του x στη δύναμη. Η ελαστική δυναμική ενέργεια είναι η ποσότητα εργασίας που απαιτείται για να τεντώσει το ελαστικό αντικείμενο κατά ένα δεδομένο μήκος x. Εφόσον η δύναμη που εφαρμόζεται F(x)=kx, το έργο που γίνεται είναι ίσο με την ολοκλήρωση του F(x) από το μηδέν στο x, σε σχέση με το dx, δηλαδή ίσο με kx2 /2. Επομένως, η δυναμική ενέργεια είναι kx2/2. Πρέπει να σημειωθεί ότι η δυναμική ενέργεια οποιουδήποτε αντικειμένου που συνδέεται στο άκρο της ράβδου δεν εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου αλλά μόνο από τη σταθερά του ελατηρίου και το τεντωμένο μήκος.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της βαρυτικής και της ελαστικής δυναμικής ενέργειας;
• Η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι πάντα αρνητική ενώ η ελαστική δυναμική ενέργεια είναι πάντα θετική.
• Η βαρυτική δυναμική ενέργεια εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου, αλλά η ελαστική δυναμική ενέργεια δεν εξαρτάται από τη μάζα.
