Потенциальная энергия

При разгоне любого тела (санок, автомобиля и др.) у него возникает способность совершить механическую работу - у движущегося тела появляется кинетическая энергия. А если тело неподвижно? Обладает ли оно способностью совершить работу?

Проведем два опыта. В первом поднимем и укрепим на нити над ящиком с песком гирю. Во втором между упором и шариком поместим предварительно сжатую и связанную ниткой пружину. Оба тела (гиря и пружина) неподвижны (\(v = 0\)) и не обладают кинетической энергией. Но и у гири, и у пружины есть возможность совершить работу. Для этого достаточно в обоих случаях пережечь нить. В физике говорят, что тела (поднятая гиря, взаимодействующая с Землей, и сжатая пружина) обладают потенциальной энергией (от лат. potentia - скрытая способность). Потенциальную энергию в СИ измеряют в тех же единицах, что и работу, - в джоулях.

Важно понимать, что потенциальная энергия не появляется сама по себе. В этих опытах гиря была поднята над столом, пружина была сжата какой-то силой. Значит, чтобы тело запасло потенциальную энергию, необходимо совершить работу. Чем сильнее будет сжата пружина, чем выше будет поднято тело, тем больше у них будет запас потенциальной энергии. У трамплина она вызвана прогибом (деформацией) доски, у мышеловки - закручиванием пружины, у лука - изменением расположения древка и тетивы. Из этих и других примеров следует, что потенциальная энергия - это энергия, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих тел или частей тела (гири и Земли, стрелы и тетивы, звеньев пружины). Обозначается потенциальная энергия буквой \(П\) (или \(E_{П}\)).

Именно благодаря потенциальной энергии сжатой (закрученной) пружины работают механические часы, реле времени микроволновых печей, стиральных машин, движутся некоторые детские игрушки. Потенциальная энергия поднятой с помощью плотины воды заставляет работать гидро- электростанции.

Главные выводы:

  1. Неподвижные взаимодействующие тела (система тел) могут обладать способностью совершать механическую работу, а значит, потенциальной энергией.
  2. Значение потенциальной энергии зависит от взаимного расположения взаимодействующих тел (частей тела).
  3. Потенциальная энергия изменяется только при совершении работы.

Читать далее