Potentiel energi – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

16. februar 2014

Potentiel energi

Hej Spørg om Fysik
Kan det passe, at det eneste der er fælles for alle typer fysiske kræfer er potentiel bevægelse (som måles i potentiel energi)? Og hvis en sådan tanke er korrekt, hvilke konsekvenser vil den få for vores opfattelse af gravitation.

Med venlig hilsen
E B J

Det er bestemt ikke alle typer af kræfter, som kan knyttes til en potentiel energi. Det kræver, at der ved flytning af den pågældende genstand frem og tilbage til samme sted igen, er energibevarelse forstået på den måde, at genstandens energi er den samme, hver gang den er i det pågældende punkt.

Et elektrisk felt

De mest alment kendte kræfter, hvor der er potentiel energi, er elektrostatiske felter og tyngdefeltet. Desuden f.eks. kræfter fra ideale fjedre, såvel af metaller og andre faste stoffer, som i visse tilfælde luftfjedre (afhængigt af hvor hurtig processen er, om den er varmeisoleret etc.). Ideelle fjedre er fjedre, der ikke har gnidning dvs. uden energitab (i praksis ikke muligt, men nært).

Potentiel energi kan ikke forekomme, hvis der nødvendigvis indgår en form for gnidning i processen. Det gælder altså ikke i strømningsfelter, som giver væske eller luftmodstand. Slet ikke hvis der er hvirvler. Det gælder heller ikke for magnetiske felter, altså for magnetiske kræfter.

Pendul, potentiel energibevarelse

Der indgår også kræfter i sammenstød imellem partikler, hvor der ikke er potentiel energi. Tænk bare på et blyhagl, som går i stykker eller deformeres af kraftpåvirkningen ved sammenstød med en skydeskive med stor fart. Alle situationer, hvor kræfter bevirker ødelæggelse eller permanent deformation af legemer, er der ikke en kraft med potentiel energi der er en del af processen. Indgår der i et system accelererede elektriske ladninger, udstråles elektromagnetiske bølger. Her er heller ikke nogen potentiel energi. Der er tabt energi, når man vender tilbage til den oprindelige tilstand.

Fjederenergibevarelse

I dagligdagen oplever vi næsten aldrig, at energien er den samme, når man kommer retur til samme sted, man har måttet tilføre energi undervejs. Tænk på en cykeltur i bakket terræn. For i den virkelige dagligdags verden er der næsten altid gnidning, som forhindrer energibevarelse, når en genstand flyttes fra et sted, til et andet, og tilbage. Det hindrer naturligvis ikke, at selve kraften kan beskrives ved potentiel energi (altså samme energi i et givet punkt). Men gnidning betyder altid energitab, og man får altså ikke helt den fordel, det ville være at udnytte kraften. Der skal leveres energi for at overvinde gnidningen.

Vi skal i øvrigt være glade for, at der er en vis gnidning. Var der ikke det, ville vi falde som på glatis, såvel gående og på cykel. Biler ville ikke kunne komme i gang, og mange af vore apparater ville falde fra hinanden. Vi vil naturligvis gerne være gnidningsfrie, men helst selv bestemme, hvor der skal være gnidning. Det forsøger vi at gøre, ved at bruge smøring de steder, hvor vi ønsker at mindske gnidningen.  

Magnetiske felter, har ikke potentiel energi

Jeg kan ikke se, at dette har nogen konsekvenser for gravitationskraften, som i sig selv netop er en af de kræfter, som har en potentiel energi. Den beskrivelse, der opnås af gravitationskraften ud fra potentiel energi, er frugtbar og meget brugbare.

Kraftfelter som ikke kan beskrives ved potentiel energi, er stadig frugtbare, og bliver blot beskrevets på andre måder. Et kraftfelt er normalt i sig selv fysikerens beskrivelse af et fænomen i naturen, så kraftfelter med potentiel energi er bare en speciel klasse af felter blandt flere.

Med venlig hilsen
Malte Olsen  

Bevægelse med friktion kan ikke beskrives ved potentiel energi