Kinetische und potentielle Energie

Eines der Merkmale eines Systems ist seine kinetische und potentielle Energie. Wenn eine Kraft F eine Wirkung auf den Ruhekörper ausübt, so dass diese in Bewegung kommt, so findet die Arbeit dA statt. In diesem Fall wird der Wert der kinetischen Energie dT höher, je mehr Arbeit erledigt wird. Mit anderen Worten, wir können die Gleichheit schreiben:

DA = dT

Angesichts des vom Körper durchquerten Weges und der entwickelten Geschwindigkeit dV verwenden wir das zweite Gesetz von Newton für die Kraft:

F = (dV / dt) * m

Ein wichtiger Punkt: Dieses Gesetz kann verwendet werden, wenn ein inertialer Bezugsrahmen genommen wird. Die Wahl des Systems wirkt sich auf den Wert der Energie aus. Im internationalen SI-System wird die Energie in Joule (J) gemessen.

Daraus folgt, daß die kinetische Energie eines Teilchens oder Körpers, gekennzeichnet durch eine Verschiebungsgeschwindigkeit V und Masse m, ist:

T = ((V * V) * m) / 2

Es kann gefolgert werden, dass die kinetische Energie durch die Geschwindigkeit und Masse bestimmt wird, was tatsächlich eine Bewegungsfunktion darstellt.

Kinetische und potentielle Energie erlaubt uns, den Zustand des Körpers zu beschreiben. Wenn das erste, wie bereits erwähnt, direkt mit der Bewegung zusammenhängt, wird das zweite auf das System der interagierenden Körper angewendet. Kinetische und potentielle Energie werden in der Regel für Beispiele betrachtet, wenn die Kraft, die die Körper verbindet, nicht von der Bewegungsbahn abhängt . In diesem Fall sind nur die Anfangs- und Endpositionen wichtig. Das bekannteste Beispiel ist die Gravitationsinteraktion. Aber wenn die Trajektorie auch wichtig ist, dann ist die Kraft dissipativ (Reibung).

In einfacher Weise ist die potentielle Energie eine Gelegenheit, die Arbeit zu erledigen. Dementsprechend kann diese Energie in Form von Arbeit betrachtet werden, die getan werden muss, um den Körper von einem Punkt zum anderen zu bewegen. Also:

DA = A * dR

Wenn die potentielle Energie als dP bezeichnet wird, dann bekommen wir:

DA = -dP

Ein negativer Wert gibt an, dass die Arbeit durch Absenkung von dP erfolgt. Für die bekannte Funktion dP ist es möglich, nicht nur den Modul der Kraft F zu bestimmen, sondern auch den Vektor seiner Richtung.

Die Veränderung der kinetischen Energie ist immer mit der potentiellen Energie verbunden. Das ist leicht zu verstehen, wenn wir uns an das Gesetz der Erhaltung der Energie des Systems erinnern. Der Gesamtwert von T + dP beim Bewegen des Körpers bleibt unverändert. So tritt die Änderung in T immer parallel zur Änderung in dP auf, sie scheinen ineinander zu fließen und zu transformieren.

Da die kinetischen und potentiellen Energien miteinander verknüpft sind, ist ihre Summe die Gesamtenergie des betrachteten Systems. In Bezug auf Moleküle ist es eine innere Energie und ist immer vorhanden, solange es zumindest thermische Bewegung und Interaktion gibt.

Bei der Durchführung von Berechnungen wird der Bezugsrahmen gewählt und jedes beliebige Moment als das erste genommen. Genauer bestimmt den Wert der potentiellen Energie kann nur in der Wirkungszone solcher Kräfte sein, die bei der Arbeit nicht von der Trajektorie der Verschiebung irgendeines Teilchens oder Körpers abhängen. In der Physik werden solche Kräfte konservativ genannt. Sie sind immer mit dem Gesetz der Erhaltung der Gesamtenergie verbunden.

Ein interessanter Punkt: In einer Situation, in der äußere Einflüsse minimal oder nivelliert sind, neigt jedes untersuchte System immer zu einem solchen Zustand, wenn seine potentielle Energie zu Null neigt. Zum Beispiel erreicht eine geworfene Kugel ihre potentielle Energiegrenze am oberen Punkt der Trajektorie, aber im selben Augenblick beginnt sie sich nach unten zu bewegen, indem sie die angesammelte Energie in Bewegung umwandelt, in die Arbeit, die gemacht wird. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass es für potentielle Energie immer eine Wechselwirkung von mindestens zwei Körpern gibt: also im Ballbeispiel die Schwerkraft des Planeten beeinflusst. Die kinetische Energie kann für jeden bewegten Körper individuell berechnet werden.