Gawaing ginagawa ng mga konserbatibong puwersa Potensyal na enerhiya

Pagmasdan ang isang bagay na gumagalaw nang patayo pataas at pagkatapos ay bumabalik sa panimulang posisyon nito pagkatapos maabot ang pinakamataas na taas. Kapag ang bagay ay gumagalaw nang patayo pataas, ang bigat ay gumagawa ng negatibong gawain dito. Kapag ang bagay ay gumagalaw pataas, ang taas nito ay tumataas. Samakatuwid, ang enerhiya ng potensyal na grabidad ng bagay ay tumataas din. Maaaring mahinuha na ang negatibong gawain na ginagawa ng timbang ay katumbas ng pagtaas ng enerhiya ng potensyal na grabidad (PE) ng bagay.

W = – mgh

W = – mg (h2 _– h1 ₎ = – (PE2 _– PE1 ₎ = -ΔPE

Kapag ang bagay ay gumagalaw nang patayo pababa, ang puwersa ng grabidad ay gumagawa ng positibong gawain sa bagay. Kapag ang bagay ay gumagalaw nang patayo pababa, ang taas ng bagay ay bumababa. Samakatuwid, ang enerhiya ng potensyal ng grabidad ng bagay ay bumababa rin. Maaaring mahinuha na ang positibong gawain na ginagawa ng puwersa ng grabidad sa bagay ay katumbas ng pagbaba sa enerhiya ng potensyal ng grabidad ng bagay.

W = mg/h

W = mg (h1 _–_h2 ) ₌ mgh1 – mgh2 ₌ – (mgh2 _– mgh1 ₎ = – (PE2 _– PE1 ₎ = -ΔPE

Pagmasdan ang isang bagay na nakadiin sa kaliwa kasama ng dulo ng isang spring (tingnan ang pigura 3). Kapag ang bagay ay gumagalaw sa kaliwa, ang puwersa ng spring ay gumagawa ng negatibong gawain sa bagay. Kapag ang bagay ay gumagalaw sa kaliwa, ang paglihis ng spring ay tumataas. Samakatuwid, ang enerhiya ng potensyal ng spring ay tumataas din. Maaring mahinuha na ang negatibong gawain na ginagawa ng spring ay katumbas ng pagtaas ng enerhiya ng potensyal ng spring. Kapag ang bagay ay gumagalaw sa kanan, ang puwersa ng spring ay gumagawa ng positibong gawain sa bagay. Kapag ang bagay ay gumagalaw sa kanan, ang paglihis ng spring ay bumababa. Samakatuwid, ang enerhiya ng potensyal ng spring ay bumababa rin. Maaring mahinuha na ang positibong gawain na ginagawa ng spring sa bagay ay katumbas ng pagbaba ng enerhiya ng potensyal ng spring.

Ayon sa paliwanag sa itaas, masasabing ang gawaing ginagawa ng isang konserbatibong puwersa ay katumbas ng pagbabago sa potensyal na enerhiya ng bagay. Kapag ang isang konserbatibong puwersa ay gumawa ng positibong gawain, ang potensyal na enerhiya ay bumababa. Sa kabaligtaran, kapag ang isang konserbatibong puwersa ay gumawa ng negatibong gawain, ang potensyal na enerhiya ay tumataas. Samakatuwid, ang gawaing ginagawa ng isang konserbatibong puwersa ay katumbas ng negatibong pagbabago sa potensyal na enerhiya.

Wc ₌ -ΔPE

Halimbawang tanong 6: Trabaho gamit ang isang konserbatibong puwersa at potensyal na enerhiya

Ang isang bagay na may masa na 1 kg ay nasa taas na 5 metro mula sa antas ng lupa. Ang gravitational acceleration ay 10 m/s² ^. Tukuyin (a) ang gawaing ginagawa ng timbang kapag ang bagay ay nalipat sa taas na 10 metro mula sa antas ng lupa, (b) ang gawaing kinakailangan upang malipat ang bagay sa taas na 10 metro, at (c) ang pagbabago sa gravitational potential energy ng bagay kapag ang bagay ay nalipat sa taas na 10 metro.

Usapan:

Natukoy: m = 1 kg, g = 10 m/ ^s² ,

(a) Trabaho ayon sa timbang

W = – mg Δh

= – (1 kg)(10 m/s² ⁾ (5 m) = – 50 Joule

Ang bigat ay gumagawa ng negatibong gawain dahil ang direksyon ng bigat ay kabaligtaran ng direksyon ng pag-alis ng bagay.

(Ang bigat ay nasa direksyon pababa, ang paggalaw ng bagay ay nasa direksyon pataas).

(b) Paggawa gamit ang puwersa ng pag-angat

Upang maiangat ang bagay, ang pinakamababang puwersa ng pag-angat ay dapat katumbas ng bigat.

= (1 kg)(10 m/s² ⁾ (5 m) = 50 Joules

W = wh = mg Δh

Positibo ang gawaing ginagawa ng puwersa ng pag-angat dahil ang direksyon ng puwersa ay kapareho ng displacement.

(ang puwersang pag-angat ay nasa direksyon pataas, ang paglipat ay nasa direksyon pataas)

ΔPE = mg Δh

ΔPE = 50 Joule

Ang enerhiyang potensyal na grabidad ng bagay ay tumataas ng 50 Joules.

20 konseptwal na tanong at sagot tungkol sa gawaing ginagawa ng mga konserbatibong puwersa at potensyal na enerhiya:

1. Tanong: Ano ang mga konserbatibong puwersa? Sagot: Ang mga konserbatibong puwersa ay mga puwersa kung saan ang gawaing ginawa ay malaya sa landas na tinahak.

2. Tanong: Paano nauugnay ang gawaing ginagawa ng isang konserbatibong puwersa sa pagbabago sa potensyal na enerhiya? Sagot: Ang gawaing ginagawa ng isang konserbatibong puwersa ay katumbas ng negatibong pagbabago sa potensyal na enerhiya.

3. Tanong: Magbigay ng isang karaniwang halimbawa ng isang konserbatibong puwersa. Sagot: Ang puwersa ng grabidad ay isang karaniwang halimbawa ng isang konserbatibong puwersa.

4. Tanong: Bakit hindi itinuturing na isang konserbatibong puwersa ang alitan? Sagot: Dahil ang gawaing ginagawa ng alitan ay nakadepende sa landas na tinahak.

5. Tanong: Paano ipinapahayag ang enerhiyang potensyal ng grabidad ng isang bagay na malapit sa ibabaw ng Daigdig? Sagot: Ang enerhiyang potensyal ng grabidad ay ipinapahayag bilang $PE = m xg x h$ , kung saan ang m ay masa, ang g ay ang akselerasyon dahil sa grabidad, at ang h ay ang taas sa itaas ng isang puntong sanggunian.

6. Tanong: Maaari bang maging negatibo ang potensyal na enerhiya? Sagot: Oo, ang potensyal na enerhiya ay maaaring maging negatibo depende sa napiling punto ng sanggunian.

8. Tanong: Kung ang potensyal na enerhiya ng isang sistema ay tataas, ano ang mangyayari sa kinetic energy, sa pag-aakalang walang panlabas na gawain na ginagawa? Sagot: Ang kinetic energy ay bumababa sa parehong dami ng pagtaas ng potensyal na enerhiya, na nagpapanatili ng konserbasyon ng mekanikal na enerhiya.

9. Tanong: Ano ang mga kondisyon para sa konserbasyon ng enerhiyang mekanikal? Sagot: Ang enerhiyang mekanikal ay natitipid kapag ang mga konserbatibong puwersa lamang ang kumikilos sa isang sistema.

10. Tanong: Sa isang saradong sistema kung saan tanging mga konserbatibong puwersa lamang ang kumikilos, ano ang masasabi tungkol sa kabuuang enerhiyang mekanikal? Sagot: Ang kabuuang enerhiyang mekanikal ay nananatiling pare-pareho.

11. Tanong: Paano natutukoy ang potensyal na enerhiya ng isang karga ng kuryente sa isang larangan ng kuryente? Sagot: Ang potensyal na enerhiya $U = q x V$ , kung saan ang q ay ang karga at ang V ay ang potensyal.

12. Tanong: Bakit pinapataas ng pagtataas ng isang bagay sa ilalim ng gravitational field ang potensyal na enerhiya nito? Sagot: Dahil ang trabaho ay ginagawa laban sa puwersa ng grabidad upang iangat ang bagay, na naiimbak bilang potensyal na enerhiya.

13. Tanong: Paano ginagawa ang trabaho ng isang konserbatibong puwersa sa isang closed loop? Sagot: Ang netong trabahong ginagawa ng isang konserbatibong puwersa sa isang closed loop ay zero.

14. Tanong: Paano nauugnay ang potensyal na enerhiya sa katatagan? Sagot: Sa mga punto kung saan ang potensyal na enerhiya ay minimum, ang sistema ay matatag.

15. Tanong: Maaari bang magkaroon ng parehong enerhiyang potensyal ng grabidad ang dalawang bagay na nasa magkaibang taas? Sagot: Oo, maaari, depende sa napiling antas ng sanggunian para sa potensyal na enerhiya.

16. Tanong: Bakit natin madalas pinipili ang lupa bilang sanggunian para sa enerhiyang potensyal ng grabidad? Sagot: Nagbibigay ito ng maginhawa at karaniwang nauunawaang sanggunian, bagama't maaaring pumili ng anumang punto.

17. Tanong: Sa isang nakahiwalay na sistema na may mga konserbatibong puwersa lamang, kung ang potensyal na enerhiya ay bumababa ng 10 J, gaano kalaki ang pagbabago ng kinetic energy? Sagot: Ang kinetic energy ay tumataas ng 10 J.

18. Tanong: Paano nauugnay ang potensyal na enerhiya sa puwersa sa mga konserbatibong larangan? Sagot: Ang puwersa ay ang negatibong gradient ng potensyal na enerhiya.

19. Tanong: Kung ang isang bagay ay ginagalaw sa direksyon ng isang konserbatibong puwersa, paano nagbabago ang potensyal na enerhiya nito? Sagot: Ang potensyal na enerhiya nito ay bumababa.

20. Tanong: Posible ba para sa isang bagay na magkaroon ng kinetic energy ngunit walang potential energy? Sagot: Oo, depende ito sa pagpili ng reference point para sa potential energy.

Saklaw ng mga tanong at sagot na ito ang mga pangunahing konsepto tungkol sa mga konserbatibong puwersa at potensyal na enerhiya, na bumubuo ng mahalagang bahagi ng klasikal na mekanika.