انرژی پتانسیل: تعریف، انواع و فرمول محاسبه (+ مثال‌های کاربردی)
انرژی پتانسیل، نوعی انرژی ذخیره شده در یک جسم است که به دلیل موقعیت آن نسبت به سایر اجسام وجود دارد. به این انرژی، پتانسیل گفته می‌شود زیرا این قابلیت را دارد که به شکل‌های دیگر انرژی، مانند انرژی جنبشی، تبدیل شود. انرژی پتانسیل معمولاً با حروف U یا PE در معادلات نشان داده می‌شود.
انرژی پتانسیل می‌تواند به انواع دیگر انرژی‌های ذخیره شده نیز اشاره داشته باشد، از جمله انرژی ناشی از بار الکتریکی خالص، پیوندهای شیمیایی یا تنش‌های داخلی.
مثال‌هایی از انرژی پتانسیل
- توپ روی میز: یک توپ که روی میز قرار دارد، دارای انرژی پتانسیل گرانشی است. این انرژی ناشی از موقعیت توپ در میدان گرانشی زمین است. هرچه جرم جسم بیشتر باشد، انرژی پتانسیل گرانشی آن نیز بیشتر خواهد بود.
- کمان کشیده شده و فنر فشرده: کمان کشیده شده و فنر فشرده نیز دارای انرژی پتانسیل هستند. این انرژی، انرژی پتانسیل الاستیک نامیده می‌شود و ناشی از کشش یا فشرده‌سازی یک جسم است. در مواد الاستیک، با افزایش میزان کشش، میزان انرژی ذخیره شده نیز افزایش می‌یابد. فنرها نیز هنگام کشیده یا فشرده شدن، انرژی ذخیره می‌کنند.
- پیوندهای شیمیایی: پیوندهای شیمیایی نیز می‌توانند دارای انرژی پتانسیل باشند. این انرژی ناشی از حرکت الکترون‌ها به سمت هسته یا دور شدن از آن است. در یک سیستم الکتریکی، انرژی پتانسیل به صورت ولتاژ بیان می‌شود.
معادلات انرژی پتانسیل
- انرژی پتانسیل گرانشی: اگر جسمی به جرم m را به ارتفاع h متر بلند کنید، انرژی پتانسیل آن از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
PE = mgh
در این فرمول، g شتاب گرانشی (تقریباً 9.8 متر بر ثانیه مربع) است.
- انرژی پتانسیل الاستیک (فنر): برای یک فنر، انرژی پتانسیل بر اساس قانون هوک محاسبه می‌شود. قانون هوک بیان می‌کند که نیرو متناسب با طول کشیدگی یا فشردگی (x) و ثابت فنر (k) است:
F = kx
بنابراین، معادله انرژی پتانسیل الاستیک به صورت زیر است:
PE = 0.5kx2
- شیمی
- علم
