wanneer mag een energiesoort "potentieel" genoemd worden

Jan van de Velde stelde deze vraag op 07 juli 2018 om 09:29.
Regelmatig duikt de vraag op wat nou eigenlijk "potentiële energie" is.

In het gemiddelde middelbareschoolnatuurkundeboek, toch zeker in de onderbouw, is dat bijna automatisch synoniem aan zwaarte-energie Ez=mgh.

Maar de term wordt breder gebruikt: de Engelse wikipedia omschrijft "potential energy" als "potential energy is the energy possessed by an object because of its position relative to other objects, stresses within itself, its electric charge, or other factors."

Rankine zou dan in de 19e eeuw de term hebben geïntroduceerd. De afspraak daarbij is geworden : "Potential energy is associated with forces that act on a body in a way that the total work done by these forces on the body depends only on the initial and final positions of the body in space."

De soorten energie die dan onder die definitie vallen zijn de reeds genoemde zwaarte-energie, elektrostatische energie, magnetische energie, maar ook veerenergie, kernenergie en chemische energie.

De vraag wordt gesteld waarom kinetische energie niet ook potentieel genoemd zou mogen worden: per slot van rekening zal een verandering van de beweging van een voorwerp leiden tot even merkbare energie-overdrachten/veranderingen als de veranderingen van positie in de eerder beschreven gangbare definitie.

Reacties

Jaap op 07 juli 2018 om 21:34
Een antwoord op de vraag wanneer een energiesoort potentieel genoemd mag worden (kopregel), kan zijn: alleen als de energiesoort een zodanige functie U(x) van de beginpositie x1 en de eindpositie x2 is, dat de door de betreffende kracht verrichte arbeid gelijk is aan

Voorbeeld: zwaarte-energie is een vorm van potentiële energie omdat we kunnen schrijven

In plaats van de integraal kunnen we ook de oppervlaktemethode gebruiken.
Voorbeeld: veerenergie is een vorm van potentiële energie omdat we bij een veer die voldoet aan de wet van Hooke, kunnen schrijven
arbeid verricht door de veerkracht =oppervlak tussen de F,u-grafiek en de u-as=1/2*(C*u)*u=1/2*C*u^2
Tegenvoorbeeld: de warmte die ontstaat door schuifwrijving, is geen vorm van potentiële energie omdat de hoeveelheid warmte niet alleen afhangt van de begin- en eindpositie, maar ook van de gevolgde weg.

Wanneer de vraag wordt gesteld waarom kinetische energie niet ook potentieel zou mogen worden genoemd, kan een antwoord zijn: omdat de kinetische energie niet van de plaats maar van de snelheid (en de massa) afhangt. Of: omdat we 1/2*m*v^2 niet verkrijgen door een zekere kracht te integreren over de verplaatsing.
Theo de Klerk op 07 juli 2018 om 21:49
Het dreigt vooral een woordenspel te worden waarbij  de definitie van belang is - en daarover zijn velen het niet eens.
"Potentiële energie" wordt bij voorkeur nergens meer gebruikt. Men noemt meer specifiek zwaarte-energie, kernenergie (e.a.) en ook kinetische energie.

Voor mij geldt de volgende, makkelijk te hanteren definitie die met de Nederlandse betekenis van "potentie" mooi aansluit.
Alle energievormen kunnen allemaal "in potentie" arbeid verrichten (energie afstaan/omzetten in andere energievormen). Kinetische energie niet uitgezonderd. Die heeft de potentie om in bijv. zwaarte-energie omgezet te worden (zoals een fietser die met afnemende snelheid zich een heuvel op laat rijden).

p.s.:

Sommige boeken komen met een "energy theorem" op de proppen alsof elke arbeid op een systeem verricht in kinetische energie wordt omgezet: W=ΔEkin. Ik vind dit onzin. Want die boeken komen dan met andere soorten (?) arbeid om bijv een toename in zwaarte-energie te verklaren (een opgetilde bal krijgt wel meer zwaarte-energie, de tillende hand verricht W=F.h arbeid op de bal. Die dan 4 planken hoger ligt en echt nul kinetische energie erbij heeft). Dat zijn ook vaak boeken die gewicht verwarren met zwaartekracht en niet altijd als andere helft van het gewicht-normaalkracht krachtenpaar en bij gewichteloosheid ineens met "apparent weightlessness" komen aanzetten. Ook onzin (do you listen, mr Young, Freedman, Zemanski of "University Physics"???)

Als we zeggen W = ΔE = ΔE1 + ΔE2+ ... + ΔEkin dan zijn we het weer eens.
Jan van de Velde op 07 juli 2018 om 22:59
Als we dan toch soorten onder één gezamenlijke noemer willen onderbrengen lijkt mij de definitie van die noemer zijn doel enigszins voorbij te schieten als die in een klap zo'n beetje alle soorten energie omvatten op een paar na. 

Kunnen we die term potentieel, omdat ze zo veelomvattend gebruikt wordt, in de fysica dan beter maar niet helemaal afschaffen als overbodig? Want volgens mij worden we er niks wijzer van. 

Groet, Jan

 
Theo de Klerk op 07 juli 2018 om 23:36
Mee eens. Slaat op alle energie (geen uitzondering) - dus nutteloos als onderscheid.
Marthen op 16 juli 2018 om 15:31
Afschaffen? Een duidelijke vervangende term zoeken zou verwarring voorkomen. In de klassieke thermodynamica kan de potentiële energie buiten beschouwing blijven.
Perslucht maakt het mogelijk arbeid te bufferen (opslaan). Potentiële energie doet me  denken aan opslag energie (buffer energie ). In de klassieke thermodynamica is dat al gauw arbeid.

Groet, Marthen
Theo de Klerk op 16 juli 2018 om 15:47
>Perslucht maakt het mogelijk arbeid te bufferen (opslaan).

Het is maar hoe je het bekijkt. Arbeid bufferen is feitelijk een energievoorraad vergroten. Kan op zich elke voorraad zijn afhankelijk van de situatie.

>In de klassieke thermodynamica is dat al gauw arbeid.
Nee.
Maak onderscheid tussen
- "arbeid" = uitwisseling van energie tussen voorraden en daarmee "bufferen" in een ander vaatje.
- energiesoort = een voorraad die (deels) als arbeid ingezet kan worden om in een andere energiesoort verder te gaan
- energie = grootheid die behouden blijft. Verdwijnt niet, wordt niet gemaakt, kan hooguit van soort veranderen. Energie is de som van alle energiesoorten.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft eenendertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)