Alle natuurkundestudenten hebben potentieel - potentiële energie, dat wil zeggen. Maar degenen die de tijd nemen om te bepalen wat dat betekent in termen van fysica, zullen meer potentieel hebben om de wereld om hen heen te beïnvloeden dan degenen die dat niet doen. Op zijn minst zullen ze in staat zijn om willens en wetens te antwoorden op een zeurende volwassene met een internetmemequip: "Ik ben niet lui, ik ben vol met potentiële energie."
Wat is potentiële energie?

Het concept van potentiële energie lijkt in het begin misschien verwarrend. Maar kortom, u kunt potentiële energie beschouwen als opgeslagen energie. Het heeft het potentieel
om in beweging te veranderen en iets te laten gebeuren, zoals een batterij die nog niet is aangesloten of een bord spaghetti dat een hardloper op het punt staat te eten de nacht vóór de race.

Potentiële energie is een van de drie brede categorieën energie die in het universum worden gevonden. De andere twee zijn kinetische energie, wat de bewegingsenergie is, en thermische energie, een speciaal, niet-herbruikbaar type kinetische energie.

Zonder potentiële energie kan geen energie worden bespaard voor later gebruik. Gelukkig bestaat er veel potentiële energie, en het converteert voortdurend heen en weer tussen zichzelf en kinetische energie, waardoor dingen gebeuren.

Bij elke transformatie transformeert sommige potentiële en kinetische energie in thermische energie, ook bekend als warmte. Uiteindelijk zal alle energie van het universum worden omgezet in thermische energie en zal het "warmtedood" ervaren wanneer er geen potentiële energie meer bestaat. Maar tot die verre toekomst, houdt potentiële energie de mogelijkheden voor actie open.

De SI-eenheid voor potentiële energie, en wat voor energie trouwens, is de joule, waar 1 joule \u003d 1 (newton) (meter).
Typen en voorbeelden van potentiële energie

Er zijn veel soorten potentiële energie. Onder deze vormen van energie zijn:

Mechanische potentiële energie: ook bekend als zwaartekrachtpotentiele energie, of GPE, dit verwijst naar energie die is opgeslagen door de positie van een object ten opzichte van een zwaartekrachtsveld, zoals die nabij het aardoppervlak.

Een boek dat boven aan een plank staat, kan bijvoorbeeld vallen vanwege de zwaartekracht. Hoe hoger het is in relatie tot de grond - en daarmee in relatie tot de aarde, de bron van het zwaartekrachtveld - hoe langer een val het potentieel heeft om zich te verplaatsen. Hierover later meer.

Chemische potentiële energie: energie opgeslagen in moleculaire bindingen is chemische energie. Het kan worden vrijgegeven en omgezet in kinetische energie door bindingen te verbreken. Daarom, hoe meer bindingen in een molecuul, hoe meer potentiële energie het bevat.

Bij het eten bijvoorbeeld, breekt het proces van vertering moleculen van vetten, eiwitten, koolhydraten of aminozuren af zodat het lichaam kan gebruik die energie om te bewegen. Omdat vetten de langste zijn van die moleculen met de meeste bindingen tussen atomen, slaan ze de meeste energie op.

Op dezelfde manier bevatten de houtblokken in een kampvuur chemische potentiële energie die vrijkomt wanneer ze worden verbrand en de bindingen tussen moleculen in het hout zijn gebroken. Alles wat een chemische reactie vereist om te "gaan" - inclusief het gebruik van batterijen of het verbranden van benzine in een auto - bevat chemische potentiële energie.

Elastische potentiële energie: deze vorm van potentiële energie is de energie die is opgeslagen in de vervorming van een "object from its normal shape.", 3, [[Wanneer een object uit zijn oorspronkelijke vorm wordt gerekt of samengedrukt - bijvoorbeeld een rubberen band of een veer in een strakke spiraal - heeft het de mogelijkheid om terug te springen of terug te veren wanneer het wordt losgelaten. Of een squishy bankkussen wordt ingedrukt met de afdruk van iemand die erop zit, zodat, wanneer ze staan, de afdruk langzaam omhoog gaat totdat de bank eruit ziet zoals het was voordat ze gingen zitten.

Kernenergie: A veel potentiële energie wordt opgeslagen door de atoomkrachten die atomen bij elkaar houden. Bijvoorbeeld de sterke nucleaire kracht in een kern die de protonen en neutronen op hun plaats houdt. Daarom is het zo moeilijk om atomen te splitsen, een proces dat alleen plaatsvindt in kernreactoren, deeltjesversnellers, de centra van sterren of andere hoge energiesituaties.

Niet te verwarren met chemisch potentieel energie, nucleair potentieel energie wordt opgeslagen in individuele atomen. Zoals hun naam al aangeeft, vertegenwoordigen atoombommen een van de meest agressieve toepassingen van de mensheid van nucleaire potentiële energie.

Elektrische potentiële energie: deze energie wordt opgeslagen door elektrische ladingen in een bepaalde configuratie te houden. Wanneer een trui met veel opgebouwde negatieve ladingen bijvoorbeeld in de buurt van een positief of neutraal object wordt gebracht, heeft deze het potentieel
om beweging te veroorzaken door positieve ladingen aan te trekken en andere negatieve ladingen af te weren.

Elk geladen deeltje dat op zijn plaats wordt gehouden in een elektrisch veld heeft ook elektrische potentiële energie. Dit voorbeeld is analoog aan zwaartekracht potentiële energie in die zin dat de positie van de lading ten opzichte van het elektrische veld de hoeveelheid potentiële energie bepaalt, net zoals de positie van een object ten opzichte van het zwaartekrachtveld zijn GPE bepaalt.
Gravitational Potential Energy Formula

Zwaartekrachtpotentieelenergie, of GPE, is een van de weinige soorten energie waarvoor middelbare natuurkundestudenten doorgaans berekeningen uitvoeren (andere zijn lineaire en rotatiekinetische energie). Het komt voort uit de zwaartekracht. De variabelen die invloed hebben op hoeveel GPE een object heeft, zijn massa m,
de versnelling door zwaartekracht g
, en hoogte h.

GPE \u003d mgh

Waar GPE wordt gemeten in joules (J), massa in kilogram (kg), versnelling door zwaartekracht in meters per seconde per seconde (m /s ^{2) en hoogte in meters (m ).}

Merk op dat g
wordt behandeld als altijd gelijk aan 9,8 m /s ^{2. Op andere locaties waar de aarde niet de lokale bron van zwaartekrachtversnelling is, zoals op andere planeten, heeft g
andere waarden.}

De formule voor GPE houdt in dat hoe massiever een object is of hoe hoger het wordt geplaatst, hoe meer potentiële energie het bevat. Dit verklaart op zijn beurt waarom een cent die van de bovenkant van een gebouw is gevallen aan de onderkant veel sneller gaat dan een die uit de zak van een persoon recht boven het trottoir valt. (Dit is ook een illustratie van het behoud van energie: als het object valt, neemt zijn potentiële energie af, dus moet zijn kinetische energie met dezelfde hoeveelheid toenemen om de totale energie constant te houden.)

Beginnen op een hogere hoogte betekent dat de cent over een langere afstand naar beneden zal versnellen, wat resulteert in een hogere snelheid aan het einde van de reis. Of, om over een langere afstand te blijven bewegen, moet de cent op het dak zijn begonnen met meer potentiële energie, die de GPE-formule kwantificeert. energie: