Τι είναι η εξίσωση δυναμικής ενέργειας;

Πολλές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται στην επιστήμη προέρχονται από μια εξίσωση δυναμικής ενέργειας. Μια γενική εξίσωση δυναμικής ενέργειας σημαίνει ότι η εργασία που γίνεται σε ένα σύστημα είναι ίση με τη δυνητική ενέργεια που χάνεται. Δυνητική ενέργεια είναι οποιαδήποτε αποθηκευμένη ενέργεια σε ένα σύστημα που χάνεται όταν εκτελείται η εργασία. Έρχεται σε πολλές κοινές μορφές, όπως η βαρυτική δυναμική ενέργεια που χάνεται όταν κάτι πέφτει προς τη Γη. Σε κάθε μορφή, μια εξίσωση δυναμικής ενέργειας θα δείξει από πού προήλθε η ενέργεια για την εκτέλεση εργασίας.

Τα ελατήρια αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή ελαστικής δυναμικής ενέργειας που απελευθερώνεται όταν το ελατήριο αφήνεται να χαλαρώσει. Το τέντωμα επιτρέπει την αποθήκευση ενέργειας και η δυναμική ενέργεια για ένα ελατήριο ισούται με την ποσότητα εργασίας που μπορεί να κάνει το ελατήριο όταν χαλαρώνει. Πολλά άλλα αντικείμενα αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή ελαστικής δυναμικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων λάστιχων και χορδών κιθάρας. Και τα δύο τεντώνονται πιο δυνατά για να προκαλέσουν ταχύτερη δόνηση που ισοδυναμεί με περισσότερη εργασία λόγω της μεγαλύτερης ελαστικής δυναμικής ενέργειας.

Η βαρύτητα μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια επειδή όλη η μάζα έλκεται ελαφρώς από άλλη μάζα. Η εξίσωση δυναμικής ενέργειας για τη βαρύτητα εμφανίζεται σε πολλές μορφές. Η βαρύτητα της Γης αποθηκεύει δυναμική ενέργεια και λειτουργεί όταν τα αντικείμενα απομακρύνονται και αφήνονται να έλκονται πίσω προς τη Γη. Καθώς το κάρο ανεβαίνει σε ένα λόφο, η ενέργειά του αποθηκεύεται. Όταν το κάρο πάει πάνω από το λόφο, όλη η αποθηκευμένη δυναμική ενέργεια απελευθερώνεται, με αποτέλεσμα το καρότσι να κινείται πιο γρήγορα ή να κάνει δουλειά. Άλλες εξισώσεις δυνητικής ενέργειας για τη βαρύτητα περιλαμβάνουν διαστημικές τροχιές, γαλαξιακή κίνηση και μαύρες τρύπες.

Η αλλαγή θερμοκρασίας αντιπροσωπεύει εργασία και μια εξίσωση δυναμικής ενέργειας για χημικά συνήθως μετρά μια αλλαγή στη θερμοκρασία. Οι χημικές ουσίες αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή δεσμών. Αυτοί οι δεσμοί μπορούν να σπάσουν και να αλλάξουν θέση για να απελευθερώσουν δυναμική ενέργεια και να αυξήσουν τη θερμοκρασία. Η μέτρηση αυτής της αλλαγής δείχνει πόση δυναμική ενέργεια έχει μια χημική αντίδραση. Η καύση της βενζίνης δείχνει πώς ένα υγρό αποθηκεύει δυνητική ενέργεια και την απελευθερώνει για να παράγει ακραία θερμότητα.

Η πυρηνική ενέργεια όπως η σχάση είναι ένα παράδειγμα πυρηνικής δυναμικής ενέργειας. Η ισχύς είναι ίση με την εργασία που εκτελείται σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και η πυρηνική ενέργεια μπορεί να υπολογιστεί από μια εξίσωση πυρηνικής δυναμικής ενέργειας. Αυτή η ενέργεια αποθηκεύεται στις πολύ στενές συνδέσεις μεταξύ των μερών που αποτελούν τα άτομα. Κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης, τα άτομα απορροφούν επιπλέον μέρη και γίνονται ασταθή. Μόλις τα άτομα διασπαστούν σε πιο σταθερά άτομα, απελευθερώνουν ενέργεια που αποθηκεύεται στις σφιχτές συνδέσεις που σπάνε.