Akkurat nå er 60 pålogget.

Potensiell energi

Innen matematikk og fysikk er energi alltid enten potensiell energi eller kinetisk energi. Potensiell energi betegnes også som stillingsenergi. Kinetisk energi blir ofte kalt bevegelsesenergi. En gjenstand får potensiell energi hvis den står stille og ytre krefter prøver å bevege på den. Denne kraften kan for eksempel være tyngdekraften, en fjær i et urverk eller et elektromagnetisk felt.  Potensiell energi har ikke noen synlig effekt. Først når den omdannes til andre former for energi, kan man se effekten.

Når man for eksempel løfter et glass høyt over bakken, kan man ikke se den potensielle energien man har gitt glasset. Der er først når man slipper glasset og lar det falle mot bakken at man ser den opplagrede energien som nå blir omdannet til kinetisk energi.

I et lukket system kan energi ikke forsvinne. Dette gjelder alle former for energi. Det vil si at når vi slipper glasset ned på bakken, vil den potensielle energien som glasset mister når det faller og mister høyde være like stor som den kinetiske energien som får det til å falle. Når vi medregner alle former for energi i et lukket system, vil den totale summen av energi alltid være den samme.

Gravitisjonell potensiell energi

På jorden vil de aller fleste stillestående legemer ha stillingsenergi på grunn av tyngdekraften. Man kan beregne den gravistisjonelle potensielle energien til alle former for objekter ut fra den høyden de befinner seg over bakken. Bakken vil i denne sammenheng bety enhver fast overflate under objektet. Man regner ut den potensielle energien ved å bruke følgende formel:

E = m \cdot h \cdot g

m er objektets masse

h er objektets høyde over bakken

g er tyngdeakselerasjonen, som er 9,82 m/s2

Den potensielle energien til et objekt er altså dets masse ganger dets høyde over bakken ganger tyngdeakselerasjonen.

Elastisk potensiell energi

En annen form for potensiell energi er elastisk potensiell energi. Denne energien oppstår når man trekker i et elastisk materiale eller en fjær. Et eksempel er en bue. Når man trekker buestrengen tilbake, lagres det opp energi. Denne potensielle energien overføres til pilen som kinetisk energi som driver pilen gjennom luften når strengen slippes.

Elastisk potensiell energi beregnes med følgende formel:

E = \frac{1}{2} \cdot k \cdot x^2

k er den såkalte fjærkonstanten. Den er forskjellig alt etter som hvilken situasjon og hvilket materiale man måler. Fjærkonstanten varierer alt etter hvor motstandsdyktig materialet er mot at man trekker i det. Fjærkonstanten regnes normalt i Newton per millimeter.

x er lengden man trekker i materialet. Hvis man trekker en fjær 5 cm ut fra dens hvileposisjon, er x altså 5 cm.

Selv om k kalles fjærkonstanten, behøver materialet ikke være en fjær. Alt som er elastisk kan ha en fjærkonstant.

Eksempel 1

Vi vil undersøke hvor stor potensiell energi en fotball har hvis man holder den ut fra femte etasje i en bygning. Det er 10 meter ned fra femte etasje i denne bygningen, og fotballen veier 350 gram (0,35 kg).

E = 0,35 kg \cdot 10 m \cdot 9,82 \frac{m}{s^2} = 34,37 \frac{kg \cdot m^2}{s^2} = 34,37 Joule

Det siste likhetstegnet kan vi sette fordi energienheten Joule er lik kg·m2/s2. Fotballen har altså 34,37 Joule opplagret på grunn av høyden den befinner seg på.

Eksempel 2

Vi har laget vår egen katapult ved å holde et lite trestykke ned over en trykkfjær. Nå vil vi regne ut hvor mye potensiell energi fjæren gir katapulten vår.

Trykkfjæren vi bruker har en fjærkonstant på 40 Newton per millimeter. Fjæren kan maksimalt trykkes 10 centimeter (100 millimeter) ned.

E = \frac{1}{2} \cdot 40 \frac{N}{mm} \cdot (100 mm)^2 = 20 \frac{N}{mm} \cdot 10000 mm^2 = 200000 N\cdot mm = 200 J

I det siste likhetstegnet går vi fra N·mm til Joule, som er lik N·m. Derfor omregner vi fra mm til m. Når vi presser fjæren til sitt ytterste, skaper vi altså en potensiell energi på 200 Joule.