Potenciálna energia

POTENCIALNA ENERGIA

VAJCE, KTORÉ PUSTÍME z určitej výšky nad tvrdým povrchom, bude padať a pravdepodobne sa rozbije. Prv než sme vajce vypustili, malo "potenciál" (schopnosť) padať. Ľudia vedia, že vajce pustené z určitej výšky bude padať. Väčšina ľudí si uvedomuje aj to, že čím bude výška a hmotnosť vajca väčšia, tým väčšia bude pravdepodobnosť, že sa rozbije. Odkiaľ však pochádza potenciál vajca padať? Niekto musel predtým vajce zdvihnúť nahor, pričom prekonával zemskú príťažlivosť a spotrebúval energiu svojich svalov, ktorú získal zo zjedenej potravy. Potenciálna energia sa získava vždy vtedy, keď sa predmet hýbe opačným smerom, ako je smer sily, ktorá naň pôsobí. Napríklad pri rozťahovaní získava elastický pás energiu, pretože molekuly tohto pásu sa od seba vzďaľujú, a tak pracujú proti príťažlivým silám, ktoré pôsobia medzi molekulami. Existuje veľa druhov potenciálnej energie a veľa druhov energie, na ktoré sa táto môže premeniť. Celkové množstvo energie zostane však vždy rovnaké.

POTENCIALNA ENERGIA VO VOJNE
Rímski vojaci ukladali energiu svojich svalov do katapultu. Keď sa katapult uvoľni, uvoľni sa aj potenciálna energia, ktorú mu dodali vojaci. Katapult vystreli smerom na nepriateľa strelu, pričom využije všetku v ňom uskladnenú potenciálnu energiu.

NAŤAHOVANIE HODÍN
Vnútri mechanických hodín je skrútený kus kovu, nazývaný "pero". V hnacom pere je uložená energia svalov osoby, ktorá naťahovala hodiny. Hodiny môžu ísť niekoľko dni vďaka tomu, že spotrebúvajú potenciálnu energiu uloženú v pere. Túto energiu mení hodinový stroj na pohyb hodinových ručičiek, zvuk tikania a na malé množstvo tepla, ktoré vzniklo trením. Veľa ďalších typov hodín, ako sú napr. vodné hodiny alebo sviecové hodiny, pracuje tak, že stále spotrebúvajú nejaký druh potenciálnej energie na to, aby ukazovali čas. Mnohí vedci si mysleli, že vesmír je ako obrovský hodinový stroj, ktorý je postupom času 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 oveľa presnejším ako pri predchádzajúcich typoch. Energia ktorá pomáha ručičkám týchto hodín prekonať trenie, pochádza z pohybu oloveného závažia nadol. Závažie pri každom tiku uvoľni malý zlomok svojej potenciálnej energie. Hodiny sa zastavia, keď závažie dosiahne svoju najnižšiu polohu.

Energia alebo "práca" osoby, ktorá vytiahla závažie hore, sa uloží do závažia ako jeho potenciálna energia. Tá sa uvoľňuje keď závažie klesá.

AKO SA SKUMAL NARAZ

Hoci až do polovice 19. storočia ľudia v podstate nechápali, čo je potenciálna energia, napriek tomu bola predmetom mnohých experimentov ešte v predchádzajúcom storočí. Pri týchto pokusoch holandský vedec Willem s'Gravesande skúmal potenciálnu energiu tak, že nechal padať gule s rozličnou hmotnosťou do mäkkej hliny. Zistil, že stopa gule po náraze na hlinu závisí od jej hmotnosti a od výšky, z ktorej guľa padala. Inými slovami, potenciál gúľ - teda ich schopnosť urobiť v hline jamku - bol väčší pre ťažšie gule a pre tie, čo padali z väčšej výšky. S'Gravesande experimentoval aj s energiou uchovanou v pružinách. Skonštruoval zariadenia na meranie a demonštráciu vlastnosti, ktoré majú pohybujúce sa predmety.


ENERGIA V HLAVIČKE ZÁPALKY

Zápalka uchováva potenciálnu energiu v chemikáliách, z ktorých je jej hlavička. Veľa chemických látok alebo zmesi chemických látok sa zúčastňuje na reakciách, pri ktorých sa môže uvoľňovať energia. Pri škrtnutí zápalky o drsný povrch škatuľky a následnom horení sa molekuly v zápalkovej hlavičke preskupia a pri reakcii uvolnia energiu vo forme tepla a svetla.

GALILEO GALILEI

Jedným z prvých moderných fyzikov bol taliansky učenec Galileo Galilei (1564-1642). Robil pokusy s predmetmi, ktoré padali alebo sa kotúľali dolu naklonenou rovinou. Hoci nechápal, čo sa skrýva pod pojmom energia, mal zrejme prirodzenú predstavu o potenciálnej energii.
V tom čase 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 ťažké, ale preto, lebo majú potenciálnu energiu -
získanú napr. od niekoho, kto ich zdvihol. Nebyť Galilea, pochopenie tejto
skutočnosti by trvalo oveľa dlhšie.

POTENCIALOVY KOPEC

Na premiestnenie ľubovoľného telesa proti gravitačnej sile, ktorá ho ťahá nadol, je potrebná energia. Aby sme sud pohli a dostali ho na vrchol kopca, musíme použiť energiu svalov. Keď sa sud kotúľa 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 dostať do stavu s najnižšou energiou. Kopec má tvar hŕba,
na ktorý musíme sud najprv vytlačiť, až potom sa jeho potenciálna energia bude môcť uvoľňovať.

Vera chemických reakcii podobných horeniu zápalky (pozri vyššie) má "kopcovitú" potenciálnu energiu - potrebujú dostať energiu na odštartovanie, neskôr však už prebiehajú samovoľne. Zápalky získavajú energiu na prekonanie vrcholu takéhoto kopca od tepla, ktorá vznikne pri škrtnutí zápalky o povrch škatuľky.