Potenciálna energia

Potenciálna energia
POTENCIALNA ENERGIA
VAJCE, KTORÉ PUSTÍME z urcitej výšky nad tvrdým povrchom, bude padat a
pravdepodobne sa rozbije. Prv než sme vajce vypustili, malo "potenciál" (schopnost)
padat. Ludia vedia, že vajce pustené z urcitej výšky bude padat. Väcšina ludí si
uvedomuje aj to, že cím bude výška a hmotnost vajca väcšia, tým väcšia bude
pravdepodobnost, že sa rozbije. Odkial však pochádza potenciál vajca padat? Niekto
musel predtým vajce zdvihnút nahor, pricom prekonával zemskú prítažlivost a
spotrebúval energiu svojich svalov, ktorú získal zo zjedenej potravy. Potenciálna
energia sa získava vždy vtedy, ked sa predmet hýbe opacným smerom, ako je smer
sily, ktorá nan pôsobí. Napríklad pri roztahovaní získava elastický pás energiu, pretože
molekuly tohto pásu sa od seba vzdalujú, a tak pracujú proti prítažlivým silám, ktoré
pôsobia medzi molekulami. Existuje vela druhov potenciálnej energie a vela druhov
energie, na ktoré sa táto môže premenit. Celkové množstvo energie zostane však vždy
rovnaké.
POTENCIALNA ENERGIA VO VOJNE
Rímski vojaci ukladali energiu svojich svalov do katapultu. Ked sa katapult uvolni,
uvolni sa aj potenciálna energia, ktorú mu dodali vojaci. Katapult vystreli smerom na
nepriatela strelu, pricom využije všetku v nom uskladnenú potenciálnu energiu.
NATAHOVANIE HODÍN
Vnútri mechanických hodín je skrútený kus kovu, nazývaný "pero". V hnacom pere je
uložená energia svalov osoby, ktorá natahovala hodiny. Hodiny môžu íst niekolko dni
vdaka tomu, že spotrebúvajú potenciálnu energiu uloženú v pere. Túto energiu mení
hodinový stroj na pohyb hodinových ruciciek, zvuk tikania a na malé množstvo tepla,
ktoré vzniklo trením. Vela dalších typov hodín, ako sú napr. vodné hodiny alebo
sviecové hodiny, pracuje tak, že stále spotrebúvajú nejaký druh potenciálnej energie
na to, aby ukazovali cas. Mnohí vedci si mysleli, že vesmír je ako obrovský hodinový
stroj, ktorý je postupom casu stále menej a menej natiahnutý.
HUYGENSOVE HODINY
Holandský vedec Christian Huygens (1629-1695) vynašiel kyvadlové hodiny. Ako prvý
pripojil kyvadlo k ozubeným kolieskam mechanických hodín. Pravidelné kývanie
kyvadla urobilo chod hodín ovela presnejším ako pri predchádzajúcich typoch. Energia
ktorá pomáha rucickám týchto hodín prekonat trenie, pochádza z pohybu oloveného
závažia nadol. Závažie pri každom tiku uvolni malý zlomok svojej potenciálnej energie.
Hodiny sa zastavia, ked závažie dosiahne svoju najnižšiu polohu.
Energia alebo "práca" osoby, ktorá vytiahla závažie hore, sa uloží do závažia ako jeho
potenciálna energia. Tá sa uvolnuje ked závažie klesá.
AKO SA SKUMAL NARAZ
Hoci až do polovice 19. storocia ludia v podstate nechápali, co je potenciálna energia,
napriek tomu bola predmetom mnohých experimentov ešte v predchádzajúcom storocí.
Pri týchto pokusoch holandský vedec Willem s'Gravesande skúmal potenciálnu energiu
tak, že nechal padat gule s rozlicnou hmotnostou do mäkkej hliny. Zistil, že stopa gule
po náraze na hlinu závisí od jej hmotnosti a od výšky, z ktorej gula padala. Inými
slovami, potenciál gúl - teda ich schopnost urobit v hline jamku - bol väcší pre tažšie
gule a pre tie, co padali z väcšej výšky. S'Gravesande experimentoval aj s energiou
uchovanou v pružinách. Skonštruoval zariadenia na meranie a demonštráciu vlastnosti,
ktoré majú pohybujúce sa predmety.
ENERGIA V HLAVICKE ZÁPALKY
Zápalka uchováva potenciálnu energiu v chemikáliách, z ktorých je jej hlavicka. Vela
chemických látok alebo zmesi chemických látok sa zúcastnuje na reakciách, pri ktorých
sa môže uvolnovat energia. Pri škrtnutí zápalky o drsný povrch škatulky a následnom
horení sa molekuly v zápalkovej hlavicke preskupia a pri reakcii uvolnia energiu vo
forme tepla a svetla.
GALILEO GALILEI
Jedným z prvých moderných fyzikov bol taliansky ucenec Galileo Galilei (1564-1642).
Robil pokusy s predmetmi, ktoré padali alebo sa kotúlali dolu naklonenou rovinou. Hoci
nechápal, co sa skrýva pod pojmom energia, mal zrejme prirodzenú predstavu o
potenciálnej energii.
V tom case to bolo naozaj pozoruhodné, pretože všetci ostatní uznávali Aristotelovu
myšlienku, že predmety sa pohybujú preto, lebo je "v ich povahe, aby tak robili".
Spojením
starostlivých experimentov a brilantného uvažovania Galileo ukázal, že tento názor je
nesprávny. Telesá nepadajú preto, že sú tažké, ale preto, lebo majú potenciálnu
energiu -
získanú napr. od niekoho, kto ich zdvihol. Nebyt Galilea, pochopenie tejto
skutocnosti by trvalo ovela dlhšie.
POTENCIALOVY KOPEC
Na premiestnenie lubovolného telesa proti gravitacnej sile, ktorá ho tahá nadol, je
potrebná energia. Aby sme sud pohli a dostali ho na vrchol kopca, musíme použit
energiu svalov. Ked sa sud kotúla dolu kopcom, postupne stráca svoju potenciálnu
energiu, až kým nedosiahne najnižšiu potenciálnu energiu na dolnom konci svahu.
Prírodné procesy prebiehajú rovnakým spôsobom, vždy sa usilujú dostat do stavu s
najnižšou energiou. Kopec má tvar hrba,
na ktorý musíme sud najprv vytlacit, až potom sa jeho potenciálna energia bude môct
uvolnovat.
Vera chemických reakcii podobných horeniu zápalky (pozri vyššie) má "kopcovitú"
potenciálnu energiu - potrebujú dostat energiu na odštartovanie, neskôr však už
prebiehajú samovolne. Zápalky získavajú energiu na prekonanie vrcholu takéhoto
kopca od tepla, ktorá vznikne pri škrtnutí zápalky o povrch škatulky.