Δυναμική Ενέργεια και Ισορροπία

Ο όρος δυναμική ενέργεια εισήχθη από τον William Rankine τον 19ο αιώνα και είναι μια βασική έννοια στη χημεία και τη φυσική. Δυνητική ενέργεια και ισορροπία είναι έννοιες που σχετίζονται μεταξύ τους. Όταν οι συντηρητικές δυνάμεις δρουν στο σύστημα, βοηθά στη σύνδεση και στον καθορισμό της ισορροπίας ως προς τη δυναμική ενέργεια. Η δυνητική ενέργεια οποιουδήποτε συστήματος βοηθά στην εξήγηση της σταθερότητας οποιουδήποτε συστήματος όσον αφορά τη μέση θέση του.

Πώς συνδέονται μεταξύ τους η δυναμική ενέργεια και η ισορροπία;

Κάθε αντικείμενο, με βάση τη θέση του, μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια. Η δυναμική ενέργεια είναι η συνολική ενέργεια που αποθηκεύεται από ένα αντικείμενο με βάση τη θέση του σε σχέση με άλλα αντικείμενα, το ηλεκτρικό του φορτίο ή την πίεση μέσα σε αυτό. Η δυναμική ενέργεια και ισορροπία είναι συνδεδεμένα. Μόλις ένα αντικείμενο εκτοπιστεί από την ισορροπία του, αποκτά δυναμική ενέργεια λόγω της αλλαγής θέσης ή κατάστασης. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα δυναμικής ενέργειας, τα οποία είναι:

• Η βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που επεξεργάζεται ή αποκτάται από ένα αντικείμενο όταν υπάρχει αλλαγή στη θέση του παρουσία του βαρυτικού πεδίου. Όταν το σώμα μάζας (m) μετακινείται από το άπειρο σε ένα σημείο εντός του βαρυτικού πεδίου μάζας χωρίς επιτάχυνση, η ποσότητα της εργασίας που γίνεται για τη μετατόπιση του σώματος είναι γνωστή ως η βαρυτική δυναμική του ενέργεια.
• Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια είναι η ενέργεια που ορίζεται ως η συνολική δυναμική ενέργεια όταν ένα αντικείμενο κινείται ενάντια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και το συνολικό ηλεκτρικό πεδίο που αποκτά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
• Ελαστική δυναμική ενέργεια είναι η συνολική ενέργεια που αποθηκεύεται στο ελαστικό υλικό ως αποτέλεσμα συμπίεσης ή τάνυσης του αντικειμένου. Αυτή η ενέργεια αποθηκεύεται σε αντικείμενα όπως λάστιχα, ελατήρια κ.λπ.

Οι τύποι δυναμικής ενέργειας παρουσιάζονται από

W =m x g x h

Πού

m =μάζα σε κιλά

g =επιτάχυνση λόγω βαρύτητας

h =ύψος (σε m)

Κατανόηση της έννοιας της ισορροπίας

Όταν ένα αντικείμενο ή ένα σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία, η κατάσταση κίνησης ή η εσωτερική του κατάσταση δεν αλλάζει με το χρόνο. Σύμφωνα με την κατάσταση κίνησης ή ανάπαυσης ενός σώματος, η ισορροπία μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες που περιλαμβάνουν:

Δυναμική Ισορροπία

• Ένα σώμα λέγεται ότι βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία όταν το σώμα βρίσκεται σε κατάσταση ομοιόμορφης κίνησης με μηδενική δύναμη ως αποτέλεσμα.
• Παραδείγματα δυναμικής ισορροπίας περιλαμβάνουν την περιστροφή της γης γύρω από τον άξονά της ή την κίνηση της μπάλας σε δάπεδο χωρίς τριβές.

Στατική Ισορροπία

• Ορίζεται ως η φυσική κατάσταση ή σύστημα του σώματος όπου η συνολική δύναμη και η ροπή είναι μηδέν όταν το σώμα βρίσκεται σε ηρεμία. Εμφανίζεται όταν το σώμα ή το σύστημα είναι σε ηρεμία.
• Παραδείγματα στατικής ισορροπίας περιλαμβάνουν όταν ένα μήλο τοποθετείται στο τραπέζι ή ένα φορτηγό είναι παρκαρισμένο στο γκαράζ.

Σύμφωνα με την δυναμική ενέργεια και ισορροπία του συστήματος, η δυναμική ισορροπία μπορεί να κατηγοριοποιηθεί περαιτέρω στους ακόλουθους τύπους:

Σταθερή ισορροπία	Όταν μια μικρή απόσταση μετατοπίζει ένα σώμα, αυτό διατηρείται σε σταθερή ισορροπία και ως εκ τούτου παράγει μια δύναμη που αντιτίθεται στη μετατόπιση. Αυτό τείνει να επαναφέρει το σώμα σε κατάσταση ισορροπίας, καθιστώντας το σώμα σταθερό. Αποκαθιστά το σύστημα ή το σώμα στην αρχική του σταθερή κατάσταση. Η σύνδεση μεταξύ δυναμικής ενέργειας και ισορροπίας βρίσκεται σε τέτοια ισορροπία, η δυναμική ενέργεια του σώματος είναι μικρότερη.
Ασταθής ισορροπία	Σε αυτό, όταν μια μικρή απόσταση μετατοπίζει το σώμα, η κατάσταση παράγει μια δύναμη που δεν αντιτίθεται στη μετατόπιση. Σε μια τέτοια περίπτωση, όταν το σώμα μετακινείται από την αρχική του θέση.
Ουδέτερη ισορροπία	Σε αυτόν τον τύπο ισορροπίας, όταν ένα αντικείμενο πιέζεται από τη θέση του, δεν θα κινηθεί προς τα εμπρός ούτε θα επιστρέψει στην αρχική του θέση.

Εξίσωση που συνδέει τη Δυναμική ενέργεια και την ισορροπία

Η εξίσωση δείχνει τη σύνδεση μεταξύ της δυναμικής ενέργειας και της ισορροπίας. Οι δύο όροι σχετίζονται όταν οι συντηρητικές δυνάμεις δρουν στο σύστημα. Επομένως, η σταθερότητα του συστήματος εξαρτάται από τη δυναμική ενέργεια του συστήματος όταν συνδέεται με τη μέση θέση του.

Εδώ είναι οι λίγες εξισώσεις που βοηθούν στην επίλυση ερωτήσεων δυνητικής ενέργειας και ισορροπίας :

Όταν ένα σύστημα ή ένα αντικείμενο βρίσκεται σε ισορροπία, το άθροισμα όλων των δυνάμεων είναι ίσο με μηδέν. Η ακόλουθη εξίσωση το αντιπροσωπεύει:

Fx =– dU/dx =0

Στην περίπτωση της σταθερής ισορροπίας, διαπιστώθηκε ότι δυναμική ενέργεια και ισορροπία σχετίζεται. Αυτό σημαίνει ότι η δυνητική ενέργεια είναι ελάχιστη σε μια τέτοια κατάσταση.

Ως εκ τούτου, αντιπροσωπεύεται από

d2U / dx2> 0

Στην περίπτωση της ουδέτερης ισορροπίας, όταν υπάρχει μικρή μετατόπιση, δεν υπάρχει δύναμη. Ως εκ τούτου, αντιπροσωπεύεται ως

d2U / dx2 =0

Σύνοψη 

Η δυναμική ενέργεια και ισορροπία είναι σημαντικά στη φυσική. Καθώς και οι δύο έννοιες συνδέονται, βοηθά στην κατανόηση της ενέργειας που αποθηκεύεται από ένα σύστημα ή ένα αντικείμενο σχετικά με τη θέση ή την κίνησή του. Οι περιεκτικές σημειώσεις για το θέμα θα βοηθήσουν στην επίλυση των δυνητικών ερωτήσεων ενέργειας και ισορροπίας και αναλύστε τις έννοιες.