Potentiële energie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
De wagentjes in een achtbaan bereiken hun maximale potentiële energie op de top, vlak voor zij zich naar beneden storten. De wrijving buiten beschouwing latend, is eenmaal beneden alle potentiële energie van het wagentje omgezet in kinetische energie

Potentiële energie is de energie die in een voorwerp aanwezig dan wel opgeslagen is ten gevolge van de plaats van dit voorwerp in een krachtenveld of ten gevolge van een bijzondere toestand waarin het voorwerp zich bevindt. Ze wordt veelal aangeduid met (Epot) De SI-eenheid voor potentiële energie is joule.


Algemene definitie[bewerken]

De grootte van de potentiële energie is op zichzelf niet gedefinieerd. Het is enkel het verschil in grootte dat bepaald is. Namelijk, de toename van potentiële energie is de arbeid die tegen het conservatieve krachtenveld in, verricht moet worden, om de gestelde situatie te bereiken. Als iemand bijvoorbeeld een massa omhoog tilt, moet die persoon een kracht uitoefenen, deze kracht levert dan arbeid, die arbeid is de toename van potentiële energie.

Potentiële gravitatie-energie[bewerken]

Omdat er verschillende soorten krachten bestaan, zijn er ook verschillende soorten potentiële energie. Potentiële energie als gevolg van de zwaartekracht heet bijvoorbeeld zwaartekrachtenergie of potentiële gravitatie-energie. Voor een voorwerp met massa m geldt op hoogte h de volgende uitdrukking voor de zwaartekrachtenergie van het voorwerp:

E_{pot} = m \cdot g \cdot h \,

Daarin zijn (in SI-eenheden):

Epot: de potentiële energie in joule (J)
m: de massa in kilogram (kg)
h de hoogte in meter (m)
g de valversnelling in m/s² (ongeveer 9,81 m/s²)

De potentiële energie als het voorwerp zich op het niveau h = 0 bevindt wordt dan dus op nul gesteld.

Wanneer dit voorwerp zich echter op zeer grote afstand van het aardoppervlak bevindt, is de zwaartekracht niet meer constant en geldt bovenstaande formule niet meer. De uitdrukking voor de potentiële gravitatie-energie wordt dan:

E_{pot} = -G \cdot \frac{m_A \cdot m}{r}\,

De potentiële energie op een afstand oneindig van de aarde wordt hier op nul gesteld, omdat zo de formule het eenvoudigst is (dat kan omdat, anders dan in veel andere gevallen, het energieverschil hier een eindige limiet heeft). De potentiële energie is zo altijd negatief, en neemt net als in het eerder genoemde model toe naarmate het voorwerp zich van de aarde verwijdert.

Potentiële elastische energie[bewerken]

Een ander voorbeeld van potentiële energie is veerenergie of potentiële elastische energie. Een lineaire ("ideale") veer met veerconstante k die over een afstand Δl uitgetrokken (of ingeduwd)wordt, heeft een toename van de veerenergie van:

E_{pot} = \tfrac{1}{2}k \cdot \Delta l^2

De potentiële elastische energie kan ook uitgedrukt worden door middel van de kracht van de veer, want F = k \cdot \Delta l, dus:

E_{pot} = \tfrac{1}{2}F \cdot \Delta l

Andere voorbeelden[bewerken]

Ook een rotatieveer kan potentiële energie bezitten. Als deze veer geroteerd wordt over een bepaalde hoek θ, dan heeft de veer een potentiële energie van:

E_{pot} = \tfrac{1}{2}\,k \cdot \theta^2

waarin k de veerconstante is.

Er bestaat ook elektrostatische potentiële energie. Er moet namelijk arbeid verricht worden om twee elkaar afstotende ladingen (q Coulomb groot) op een afstand d van elkaar te krijgen. Deze arbeid bedraagt per ladingseenheid:

E_{pot}=k\frac qd

met k de constante van Coulomb. De uitdrukking kan verkregen worden door de Coulombkracht te integreren van oneindig naar afstand d.

Zie ook[bewerken]