重力ポテンシャルエネルギーと弾性ポテンシャルエネルギー

重力ポテンシャルエネルギーと弾性ポテンシャルエネルギーは、力学の分野で議論される重要な量である。この記事では、その定義、類似点、相違点を比較検討する。

重力位置エネルギーとは？

重力ポテンシャルエネルギーを理解するためには、重力場に関する予備知識が必要である。重力は、任意の質量による力である。質量は、重力の必要十分条件である。どんな物体の周りにも重力場が存在する。質量m1とm2、その間の距離をrとすると、この2つの質量の間に働く重力はG.m1.m2/r2、ここでGは万有引力定数である。負の質量は存在しないので、重力は常に魅力的である。反発するような重力はない。ここで重要なのは、重力も互いに影響し合っているということです。つまり、m1がm2に及ぼす力は、m2がm1に及ぼす力と等しく、かつ、逆である。点の重力ポテンシャルは、無限遠からある点までの単位質量あたりにかかる仕事量と定義されます。無限遠の重力ポテンシャルはゼロであるため、与えられた仕事は負となり、重力ポテンシャルは常に負となります。物体の重力ポテンシャルは、無限遠のある点からその点までの物体が行う仕事として定義されます。これはまた、重力ポテンシャルと物体の質量の積に等しい。物体の質量は常に正であるから、どの点においても重力ポテンシャルは負であり、したがって、どの物体の重力ポテンシャルエネルギーも負である。

弾性ポテンシャルエネルギーとは？

弾性は、物質の持つ非常に便利な性質です。外力を取り除いた後、元の状態に戻ろうとする材料の能力である。弾性体の棒を伸ばし続けるのに必要な力は、棒の伸びた長さに比例することが確認されています。この比例定数はバネ定数と呼ばれ、kで示される。このとき、F = -kx という式が成り立ち、負の符号は x が力の方向と反対であることを示す。弾性ポテンシャルエネルギーとは、弾性体をある長さxに引き伸ばすのに必要な仕事である。力の大きさは、F(x)=kxですから、F(x)のdxに対する0からxまでの積分値がkx2/2となり、位置エネルギーはkx2/2となります。