§ 21. Работа и потенциальная энергия

В каком случае можно говорить, что тело обладает потенциальной энергией?

От чего зависит потенциальная энергия тела, поднятого над Землёй?

1. С понятием энергии вы познакомились в курсе физики 7 класса. Вспомним его. Предположим, что некоторое тело, например тележка, съезжает с наклонной плоскости и передвигает лежащий у её основания брусок. Говорят, что тележка совершает работу. Действительно, она действует на брусок с некоторой силой упругости и брусок при этом перемещается.

Другой пример. Водитель автомобиля, движущегося с некоторой скоростью, нажимает на тормоз, и автомобиль спустя какое-то время останавливается. В этом случае также автомобиль совершает работу против силы трения.

Говорят, что если тело может совершить работу, то оно обладает энергией.

Энергию обозначают буквой Е. Единица энергии в СИ — джоуль (1 Дж).

2. Различают два вида механической энергии — потенциальную и кинетическую.

Потенциальной энергией называют энергию взаимодействия тел или частей тела, зависящую от их взаимного положения.

Потенциальной энергией обладают все взаимодействующие тела. Так, любое тело взаимодействует с Землёй, следовательно, тело и Земля обладают потенциальной энергией. Частицы, из которых состоят тела, тоже взаимодействуют между собой, и они также обладают потенциальной энергией.

Поскольку потенциальная энергия — это энергия взаимодействия, то она относится не к одному телу, а к системе взаимодействующих тел. В том случае, когда мы говорим о потенциальной энергии тела, поднятого над землёй, систему составляют Земля и поднятое над ней тело.

3. Выясним, чему равна потенциальная энергия тела, поднятого над землёй. Для этого найдём связь между работой силы тяжести и изменением потенциальной энергии тела.

Пусть тело массой m падает с высоты h₁ до высоты h₂ (рис. 72). При этом перемещение тела равно h = h₁ - h₂. Работа силы тяжести на этом участке будет равна:

А = F_тяжh = mgh = mg(h₁ - h₂), или А = mgh₁ - mgh₂.

Рис. 72

Продолжение >>>