Потенциальная и кинетическая энергии

Существуют два вида механической энергии: потенциальная и кинетическая. 1. Какую энергию называют потенциальной?

Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. а). Потенциальной энергией обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли. Здесь потенциальная энергия тела зависит от взаимного положения тела и Земли и их взаимного притяжения. Потенциальная энергия тела, поднятого на какую-то высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю.

где Еп — потенциальная энергия (Дж), F — сила тяжести (Н), g — ускорение свободного падения (м/с²), m — масса тела (кг), h — высота, на которую поднято тело (м).

Например: Потенциальную энергию молота копра используют в строительстве для забивания свай. Каждый кубический метр текущей воды в реке обладает потенциальной энергией. Ведь течение воды в реке возможно, если уровень поверхности земли у истока (в начале реки) выше, чем уровень поверхности земли в устье, т.е. вода течет под горку. Этот перепад высот и определяет величину потенциальной энергии воды. В истоках каждый кубометр воды будет обладать большей потенциальной энергией, чем в устье. Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами. Падая вниз, вода совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанций.

б). Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело. Например: Дверная пружина при открывании двери растягивается (деформируется) и за счет приобретенной потенциальной энергии, сокращаясь, совершает работу, т.е. закрывает дверь. Энергию пружин используют в ручных часах и заводных игрушках. Потенциальную энергию сжатого газа используют в тепловых двигателях, в отбойных молотках.

2. От каких величин зависит потенциальная энергия?

Потенциальная энергия тела зависит от массы тела и высоты подъема над поверхностью земли. (смотри формулу) Например: Сосулька, падающая с крыши пятиэтажного дома, будет обладать большим запасом потенциальной энергии, чем такая же, падающая с балкона второго этажа. Большой камень и маленький камушек, поднятые на одинаковую высоту, в результате падения на землю совершат разную работу, один пробьет глубокую яму, а другой - лишь незначительную вмятину. Из-за разной массы они будут обладать различной потенциальной энергией.

3. Когда потенциальная энергия тела равна нулю?

 Если тело лежит на поверхности Земли, то его потенциальная энергия равна нулю. Если тело (например, пружина, кусок резины или резиновый мяч) упруго не деформировано, то его потенциальная энергия тоже равна нулю.

3. Какую энергию называют кинетической?

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией (кинема — движение). Любое движущееся тело обладает кинетической энергией.  

где Ек — кинетическая ээнергия (Дж), m — масса тела (кг), v — скорость движения тела (м/с).

Например: Движущаяся молекула обладает кинетической энергией. Едущий автомобиль, идущий человек обладают кинетической энергий. Кинетической энергией обладает движущаяся вода в реке. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух — ветер.

4. От каких величин зависит кинетическая энергия?

 Кинетическая энергия зависит от массы тела и его скорости. (смотри формулу) Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия.

Например: При одинаковой скорости полета большей кинетической энергией будет обладать птица по сравнению с мухой, ведь масса птицы больше, чем масса мухи. Если сравнить кинетическую энергию кубического метра текущей воды в равнинной и горной реке, то понятно, что за счет большей скорости течения воды в горной реке, эта вода будет обладать большей кинетической энергией, чем вода в равнинной реке.

5. В каком случае кинетическая энергия тела равна нулю?

Кинетическая энергия тела в состоянии покоя равна нулю.

6. Может ли тело одновременно обладать и потенциальной, и кинетической энергией?

Все тела в природе обладают либо потенциальной, либо кинетической энергией, а иногда той и другой вместе.

Например: Летящий самолет обладает относительно Земли и кинетической и потенциальной энергией.