Diagram potencialne energije



Raztezek(m) PE(J)) KE(J) KE+PE(J)
--- ---- ------


Rdeča žoga z maso 1.0 kg je pritrjena na veliko vzmet. Vzmet je raztegnjena za 5.0 metrov (položaj je podan v metrih, čas v sekundah, energija na grafih pa v joulih). Graf prikazuje celotno in potencialno energijo. Prav tako stolpična grafa prikazujeta kinetično in potencialno energijo. Vse vrednosti posameznih energij so prikazane tudi v tabeli.

Diagram potencialne energije je pomemben, ker nam prikaže funkcijo potencialne energije. Pogosto rečemo potencialni energiji kar potencial. Takšno izrazje je lahko problematično, ker vodi do zamenjave z električnim potencialom. Navpična os diagrama nam predstavlja energijo, vodoravna pa položaj. Tako lahko iz grafa preberemo potencialno energijo, če poznamo položaj. Funkcija potencialne energije za maso na vzmeti je  Wpr(x) = 1/2*k*x2. V nekaterih besedilih uporabljajo za označevanje funkcije potencialne energije V(x) ali U(x). Uporabili bomo kar neodvisno verzijo Wpr(x). Svetlo modra črta v diagramu predstavlja celotno energijo sistema.

Zaradi videza funkcije potencialne energije se lahko vprašamo, kaj se resnično vidi na diagramu. Če še nisi predvajal simulacije, je čas, da to narediš sedaj. Rdeča črta NE predstavlja dejanskega gibanja delca. NE predstavlja dvodimenzionalnega gibanja objekta. Predstavlja enodimenzionalno gibanje objekta - v našem primeru gibanja žoge, pritrjene na vzmet. ®oga se giblje med dvema mejnima točkama, v kateri je celotna energija enaka potencialni energiji.

Prikaži tudi kinetično energijo na grafu. Opazuj, kako se spreminjata kinetična in potencialna energijo med gibanjem vzmeti in še posebno, ko je vzmet čisto stisnjena ali pa čisto raztegnjena. Pozor: če seštejemo potencialno in kinetično energijo, dobimo celotno energijo. Se pravi, če poznamo celotno in potencialno energijo, lahko vedno izračunamo kinetično energijo v katerikoli točki gibanja.

Očitno je, da  rišemo silo vzmeti. Ampak kako se lahko o tem prepričamo? Obstaja povezava med silo in potencialno energijo. Povezavo lepo opišemo z enačbo Fx = - d( Wp)/dx. Ker je  Wp(x) sorazmerna z x2 sledi, da je Fx sorazmerna z - 2 x, kar nam pove, da je k = 2.0 N/m (Kot smo omenili v prvem stavku).