Потенциальная энергия
Потенциальная энергия — это энергия, которой тело или система тел обладает благодаря взаимному расположению частей системы. Она может превращаться в кинетическую энергию и обратно.
Потенциальная энергия возникает при взаимодействии, например при притяжении Земли и тела или при деформации пружины. Для её вычисления выбирают нулевой деңгей — положение, которому приписывают \(E_\text{п}=0\). Выбор нулевого деңгейі не влияет на физические результаты.
Формулы и виды потенциальной энергии
Вблизи поверхности Земли потенциальная энергия тела относительно выбранного уровня вычисляется по формуле:
Здесь \(m\) — масса тела, \(g\) — ускорение свободного падения, \(h\) — высота над нулевым уровнем. Подробнее этот случай рассматривается на странице потенциальная энергия в поле тяжести.
При растяжении или сжатии пружины возникает энергия упругой деформации: \(E_\text{п}=\frac{kx^2}{2}\), где \(k\) — жёсткость пружины, а \(x\) — её деформация. Этот вид энергии разобран на странице потенциальная энергия пружины. Для понимания энергии взаимодействия гравитирующих тел полезно знать закон всемирного тяготения.
Камень массой \(2\,\text{кг}\) подняли на высоту \(3\,\text{м}\). Если принять \(g\approx10\,\text{м/с}^2\), его потенциальная энергия относительно земли равна \(E_\text{п}=mgh=2\cdot10\cdot3=60\,\text{Дж}\). При падении эта энергия уменьшается, а кинетическая увеличивается.
Потенциальная энергия зависит от положения и взаимодействия, а кинетическая энергия — от скорости движения тела: \(E_\text{к}=\frac{mv^2}{2}\). Потенциальная энергия не является «запасом движения».
Как изменится потенциальная энергия тела массой \(m\) при увеличении высоты над нулевым уровнем в 2 раза?
Главное
- Потенциальная энергия — энергия взаимодействия, зависящая от положения тел или частей системы.
- Около поверхности Земли \(E_\text{п}=mgh\); для пружины \(E_\text{п}=\frac{kx^2}{2}\).
- Нулевой уровень выбирают произвольно, поэтому физический смысл имеет прежде всего изменение потенциальной энергии.