Mikä on ero potentiaalisen ja kineettisen energian välillä?

Ero potentiaalisen ja kineettisen energian välillä johtuu objektin hyvin yksinkertaisesta ominaisuudesta. Jos kohde liikkuu, sillä on liike -energiaa tai liike -energia on liikkeen energiaa. Potentiaalienergia on energiaa, joka varastoidaan esineeseen ja voidaan vapauttaa oikeissa olosuhteissa. Siksi ero näiden kahden energiatyypin välillä johtuu siitä, liikkuuko esine vai ei.

Monilla esineillä on potentiaalista energiaa, joka voidaan vapauttaa monin eri tavoin. Polttoaineet ja ruoka sisältävät potentiaalista energiaa, joka vapautuu lämpö- tai kemiallisena energiana. Jouset sisältävät myös potentiaalista energiaa. Kun jousi vapautetaan, potentiaalienergia vapautuu liike -energiana. Toinen esimerkki potentiaalienergiasta on gravitaatiopotentiaalienergia.

Gravitaatiopotentiaalienergia on eräänlainen energia, joka esineellä on, koska se on nostettu maanpinnan yläpuolelle. Gravitaatiopotentiaalienergian määrä, joka esineellä on nostettaessa, voidaan määrittää mittaamalla työn määrä, joka kului kohteen saamiseksi sinne, käyttämällä nostettua korkeutta (h), sen massaa (m) ja vetovoimaa maa (g), joka on 10 N/kg. Gravitaatiopotentiaalienergian kaava on GPE = mgh. Esimerkiksi 50 kg: n painolla, joka nostetaan 5 m, GPE on 50 x 5 x 10 tai 2500 joulea (J), energiayksikkö.

Jos edellisessä esimerkissä käytetty paino vapautettaisiin, sen painovoimapotentiaalienergia muuttuisi kineettiseksi energiaksi. Paino alkaa vain painovoiman potentiaalienergialla, kun sitä pidetään maanpinnan yläpuolella. Kun se vapautetaan, se alkaa kiihtyä kohti maata painovoiman vaikutuksesta. Samalla sillä on sekä potentiaalista että liike -energiaa. Mitä lähemmäs se tulee maahan, sitä enemmän sen potentiaalienergiaa siirtyy kineettiseen energiaan, kunnes se on osumassa maahan ja kaikki energia on muuttunut kineettiseksi energiaksi.

Tämä on fysiikan energiansäästön periaate. Energiansäästö sanoo, että energiaa ei voida tuhota eikä luoda, ja se on fysiikan peruslaki. Ylhäältä aluksi painovoiman potentiaalienergia siirrettiin työstä painon nostamiseksi. Toiseksi liike -energia siirrettiin nostetun painon tallennetusta gravitaatiopotentiaalienergiasta. Toisin sanoen potentiaali- ja liike -energia ovat samat.

Kineettinen energia lasketaan käyttämällä kappaleen massaa (m) ja sen nopeutta (v) seuraavassa yhtälössä – KE = ½ mv2 (massa x nopeus neliössä jaettuna 2). Yllä olevan esimerkin avulla tiedämme jo painon liike -energian, koska potentiaali- ja liike -energia ovat samat. Painon liike -energia on 2500 J juuri ennen kuin se osuu maahan. Voimme käyttää tätä määrittämään sen nopeuden, kun se osuu maahan, tai sen iskunopeuden. Järjestämällä kineettisen energian kaavaa uudelleen saamme – v2 = 2KE/m tai v2 = 2 x 2500/50 = 100, joten painon iskunopeus on 10 m/s (neliöjuuri 100).