Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της δυναμικής και της κινητικής ενέργειας;

Η διαφορά μεταξύ δυναμικού και κινητικής ενέργειας οφείλεται σε μια πολύ απλή ιδιότητα του αντικειμένου. Εάν ένα αντικείμενο κινείται, τότε έχει κινητική ενέργεια, ή κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια της κίνησης. Η δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που αποθηκεύεται σε ένα αντικείμενο και μπορεί να απελευθερωθεί υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Επομένως, η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων ενέργειας έγκειται στο αν ένα αντικείμενο κινείται ή όχι.

Πολλά αντικείμενα έχουν δυναμική ενέργεια που μπορεί να απελευθερωθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Τα καύσιμα και τα τρόφιμα περιέχουν δυναμική ενέργεια, η οποία απελευθερώνεται ως θερμότητα ή χημική ενέργεια, αντίστοιχα. Τα ελατήρια περιέχουν επίσης δυναμική ενέργεια. Όταν απελευθερώνεται ένα ελατήριο, η δυναμική ενέργεια απελευθερώνεται ως κινητική ενέργεια. Ένα άλλο παράδειγμα δυναμικής ενέργειας είναι η βαρυτική δυναμική ενέργεια.

Η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι ένας τύπος ενέργειας που έχει ένα αντικείμενο λόγω του ότι υψώνεται πάνω από το έδαφος. Η ποσότητα της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας που έχει το αντικείμενο καθώς ανυψώνεται μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας την ποσότητα εργασίας που χρειάστηκε για να φτάσει το αντικείμενο εκεί χρησιμοποιώντας το ύψος που ανυψώθηκε (h), τη μάζα του (m) και τη βαρυτική έλξη του γη (g), που είναι 10 N/kg. Ο τύπος για τη βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι GPE = mgh. Για παράδειγμα, ένα βάρος 50 κιλών που σηκώνεται 5 μέτρα θα έχει GPE 50 x 5 x 10 ή 2500 joules (J), τη μονάδα ενέργειας.

Εάν το βάρος που χρησιμοποιήθηκε στο προηγούμενο παράδειγμα απελευθερωνόταν, η βαρυτική του δυναμική ενέργεια θα μεταβαλλόταν σε κινητική ενέργεια. Το βάρος ξεκινά μόνο με βαρυτική δυναμική ενέργεια ενώ συγκρατείται πάνω από το έδαφος. Όταν απελευθερώνεται, αρχίζει να επιταχύνει προς το έδαφος λόγω της βαρυτικής έλξης. Όπως και να έχει, θα έχει και δυναμική και κινητική ενέργεια. Όσο πιο κοντά πλησιάζει στο έδαφος, τόσο περισσότερη από τη δυναμική του ενέργεια μεταφέρεται σε κινητική ενέργεια έως ότου πρόκειται να χτυπήσει στο έδαφος και όλη η ενέργεια μετατραπεί σε κινητική ενέργεια.

Αυτή είναι η αρχή πίσω από τη διατήρηση της ενέργειας στη φυσική. Η διατήρηση της ενέργειας δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να καταστραφεί ούτε να δημιουργηθεί και είναι θεμελιώδης νόμος της φυσικής. Από πάνω, αρχικά, η βαρυτική δυναμική ενέργεια μεταφέρθηκε από το έργο για την ανύψωση του βάρους. Δεύτερον, η κινητική ενέργεια μεταφέρθηκε από την αποθηκευμένη βαρυτική δυναμική ενέργεια του ανυψωμένου βάρους. Με άλλα λόγια, το δυναμικό και η κινητική ενέργεια είναι το ίδιο.

Η κινητική ενέργεια υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη μάζα (m) ενός αντικειμένου και την ταχύτητά του (v) στην ακόλουθη εξίσωση – KE = ½ mv2 (μάζα x ταχύτητα διαιρεμένη με 2). Χρησιμοποιώντας το παραπάνω παράδειγμά μας, γνωρίζουμε ήδη την κινητική ενέργεια του βάρους επειδή το δυναμικό και η κινητική ενέργεια είναι το ίδιο. Το βάρος έχει κινητική ενέργεια 2500 J λίγο πριν χτυπήσει στο έδαφος. Μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να προσδιορίσουμε την ταχύτητά του καθώς χτυπά στο έδαφος ή την ταχύτητα πρόσκρουσής του. Με την αναδιάταξη του τύπου για την κινητική ενέργεια, παίρνουμε – v2 = 2KE/m ή v2 = 2 x 2500 / 50 = 100, άρα η ταχύτητα κρούσης του βάρους είναι 10 m/s (η τετραγωνική ρίζα του 100).