انرژی های پتاسیل

قبلا خواندید که ...

 همان طور که می‌دانید نان دارای انرژی است.

آیا نان حرکت می‌کند؟! آیا انرژی نان از نوع جنبشی است؟

ملاحظه می‌کنید س?ال بی‌ربطی است و جواب آن منفی است!

پس انرژی موجود در نان از چه نوعی است؟

مواردی مثل انرژی موجود در باتری یا انرژی موجود در نفت و گاز یا انرژی موجود در بمب اتمی! را در نظر بگیرید. این انرژی‌ها از چه نوعی هستند؟

ظاهراً در این موارد، نوعی انرژی ذخیره شده وجود دارد. بر این اساس این انرژی‌ها را صورت‌های انرژی پتانسیل می‌دانیم.

انرژی پتانسیل گرانشی

گلوله‌ی توپی با سرعت اولیه به سمت بالا پرتاب می‌شود، بنابراین انرژی جنبشی دارد. این انرژی ناشی از سرعت اولیه توپ است. هر چه توپ بیش‌تر اوج می‌گیرد، سرعت آن کمتر شده و مقدار انرژی جنبشی آن نیز کاهش می‌یابد.

در نقطه اوج، توپ هیچ انرژی جنبشی ندارد.

اما در هنگام سقوط، انرژی جنبشی مجدداً ظاهر می‌شود.

چرا در حین صعود انرژی جنبشی توپ کم می‌شود؟

 آیا این امر با پایستگی انرژی در تضاد نیست؟

علت کم شدن انرژی جنبشی و ظهور مجدد آن با کار انجام شده روی توپ قابل بیان است. وقتی توپ بالا می‌رود، نیروی جاذبه زمین روی توپ کار انجام می‌دهد و انرژی جنبشی کاهش می‌یابد. این روند تا زمانی ادامه دارد که انرژی جنبشی به صفر برسد.

در هنگام سقوط، نیروی جاذبه زمین روی توپ کار انجام می‌دهد ولی این بار باعث افزایش انرژی جنبشی توپ شده و این افزایش متناظر همان مقدار از دست رفته در هنگام صعود است. در تصویر زیر، چگونگی تبدیل انرژی در حین سقوط را می‌بینید.

پس به جای  جمله ی: در هنگام صعود انرژی جنبشی از بین می‌رود، می‌توانیم براساس قانون پایستگی انرژی، یک نوع انرژی جدید تعریف کنیم. این انرژی جدید انرژی پتانسیل گرانشی است.

وقتی انرژی جنبشی کاهش می‌یابد، انرژی پتانسیل گرانشی افزایش می‌یابد.

از طرف دیگر انرژی پتانسیل گرانشی با کار نیروی جاذبه‌ی گرانشی مرتبط است.

در هنگام بازگشت توپ از نقطه‌ی اوج به زمین انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. در لحظه‌ی قبل از برخورد به زمین انرژی جنبشی برابر چقدر است؟

وقتی توپ به زمین برخورد کرد انرژی توپ چه می‌شود؟

پس انرژی پتانسیل گرانشی (U) برابر است با:    

        U = mgh

انرژی پتانسیل کشسانی

نیرو باعث تغییر شکل اجسام می‌شود. تغییر شکل اجسام به مقدار و جهت نیرو بستگی دارد.

در ضمن جنس یک جسم نیز در میزان تغییر شکل آن اثر دارد. یک فنر فولادی بسیار کمتر از یک فنر آلومینیومی خم می‌شود.

ابعاد و ضخامت جسم نیز در میزان تغییر شکل آن اثر دارند.

به دو شکل زیر توجه کنید.

آیا برای بیرون ریختن سُس از محفظه‌های زیر باید کار انجام شود؟ چرا؟

تفاوت این دو ظرف در چیست؟ کدام یک از این ظرف‌ها پس از برداشتن نیروی دست، شکل اولیه خود را باز می‌یابند؟

در کدام یک انرژی صرف شده برای تغییر شکل ظرف، تلف شده و ظرف به خودی خود به حالت اول باز نمی‌گردد؟

تفاوت یک تیرکمان کشیده شده با تیرکمان در حالت عادی چیست؟ چرا یکی از آن‌ها می‌تواند به سنگ سرعت داده و آن را پرتاب کند؟

انرژی سنگ پرتاب شده از کجا آمده است؟

بسیاری از اجسام و یا مواد وقتی به وسیله ی نیرو تغییر شکل می‌یابند بخشی از انرژی را در خود ذخیره می‌کنند، به این صورت از انرژی، انرژی پتانسیل کشسانی می‌گویند.

انرژی شیمیایی

انرژی ذخیره شده در پیوند اتم ها و مولکول ها را انرژی شیمیایی می گویند. این انرژی این ذرات را به هم متصل نگه می دارد. تراکم زیست، نفت، گاز طبیعی و پروپان مثال هایی از انرژی شیمیایی ذخیره شده هستند.

انرژی هسته ای

انرژی ذخیره شده در هسته های یک اتم که هسته ها را به هم نگه می دارد را انرژی هسته ای گویند. این انرژی می تواند در اثر ترکیب شدن یا شکافته شدن آزاد شود. فرآیندی که در آن هسته یک اتم به هسته های دو یا چند اتم شکافته می شود فرآیند شکافت (Fission) می گویند که شکافته شدن هسته اورانیوم یک نمونه از آن است.

فرآیندی که در آن چند اتم با هم ترکیب می شوند را فرآیند گذاره (Fusion) می گویند؛ خورشید از اتم های هیدروژن تشکیل شده است در واقع این اتم ها دچار فرآیندی به نام گدازه  هستند .