Потенциальная энергия
Потенциальная энергия — это энергия, которой тело или система тел обладает благодаря своему положению или деформации. Она может превращаться в кинетическую энергию и обратно.
Потенциальная энергия связана с силами, действующими между телами или частями тела. Например, поднятый над землёй предмет взаимодействует с Землёй, а растянутая пружина — с грузом или другой частью механической системы.
Виды потенциальной энергии
В школьной механике чаще всего рассматривают потенциальную энергию тяжести и потенциальную энергию упругой деформации. Потенциальная энергия тяжести зависит от высоты тела над выбранным нулевым уровнем, а энергия пружины — от её деформации.
Для тела массой \(m\), находящегося на высоте \(h\) около поверхности Земли, используют формулу потенциальной энергии тяжести:
Здесь \(g\) — ускорение свободного падения. Нулевой уровень высоты выбирают условно, поэтому важнее всего изменение потенциальной энергии при перемещении тела. Подробнее отдельные случаи разобраны на страницах потенциальная энергия тяжести и потенциальная энергия пружины.
Камень массой \(2\) кг подняли на высоту \(3\) м. Если принять \(g \approx 10\ \text{Н/кг}\), его потенциальная энергия относительно земли равна \(E_p = 2 \cdot 10 \cdot 3 = 60\) Дж. При падении эта энергия уменьшается, а кинетическая энергия камня увеличивается.
Потенциальная энергия — не то же самое, что работа силы. Энергия характеризует состояние системы, а работа показывает передачу энергии при перемещении тела. Потенциальная энергия может изменяться вследствие совершения работы.
Как изменится потенциальная энергия тяжести тела при увеличении его высоты в 2 раза, если масса и нулевой уровень не меняются?
Главное
- Потенциальная энергия зависит от положения тел или деформации частей тела.
- Для тела около поверхности Земли: \(E_p=mgh\).
- Потенциальная энергия может превращаться в кинетическую; в замкнутой системе это связано с законом сохранения энергии.