Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Примеры решения задач

 Что такое энергия?

Тема по­свя­ще­на энер­гии. Итак, что это такое? Энер­гия – это уни­вер­саль­ная ко­ли­че­ствен­ная мера, ха­рак­те­ри­зу­ю­щая дви­же­ние и вза­и­мо­дей­ствие тел. Энер­гия в ме­ха­ни­ке может быть двух видов – по­тен­ци­аль­ная и ки­не­ти­че­ская.

 Потенциальная энергия тела над Землей

По­тен­ци­аль­ная энер­гия – это энер­гия вза­и­мо­дей­ствия. По­тен­ци­аль­ная энер­гия тела, под­ня­то­го над Зем­лей, опре­де­ля­ет­ся мас­сой тела, уско­ре­ни­ем сво­бод­но­го па­де­ния и рас­по­ло­же­ни­ем тела от­но­си­тель­но Земли:

m – [кг]

h – [м]

Энер­гия из­ме­ря­ет­ся в джо­у­лях (Дж). По­тен­ци­аль­ная энер­гия в общем слу­чае за­ви­сит от вы­бран­ной си­сте­мы от­сче­та. Ведь вы­со­ту мы можем от­счи­ты­вать не толь­ко от по­верх­но­сти Земли, но и от услов­но вы­бран­ной ка­кой-то точки или ка­ко­го-ли­бо уров­ня

 Задача

Пол­ная энер­гия

Когда мы го­во­рим об энер­гии, нужно пом­нить, что тело об­ла­да­ет несколь­ки­ми ви­да­ми энер­гий од­но­вре­мен­но. На­при­мер, если мы рас­смот­рим ле­тя­щий на боль­шой вы­со­те са­мо­лет, то можно го­во­рить, что са­мо­лет об­ла­да­ет и по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей, по­сколь­ку на­хо­дит­ся на неко­то­рой вы­со­те от­но­си­тель­но Земли, и ки­не­ти­че­ской, когда он об­ла­да­ет еще и ско­ро­стью.

Рис. 2. Са­мо­лет об­ла­да­ет ки­не­ти­че­ской и по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей 

Если сло­жить два вида энер­гии, то мы по­лу­чим т.н. пол­ную ме­ха­ни­че­скую энер­гию тела.

 Кинетическая энергия

Ки­не­ти­че­ская энер­гия – энер­гия дви­же­ния тела. Она опре­де­ля­ет запас энер­гии тела, ко­то­рое об­ла­да­ет ско­ро­стью.

Ки­не­ти­че­ская энер­гия тоже за­ви­сит от того, в какой си­сте­ме от­сче­та про­ис­хо­дит дви­же­ние тел.

 Потенциальная энергия упруго деформированного тела

По­го­во­рим о по­тен­ци­аль­ной энер­гии упру­го де­фор­ми­ро­ван­но­го тела. Когда мы де­фор­ми­ру­ем тело, т.е. ме­ня­ем его форму или объем, то этому телу мы со­об­ща­ем неко­то­рую энер­гию. При­мер: мы рас­тя­ги­ва­ем пру­жи­ну или, на­о­бо­рот, сжи­ма­ем, тем самым из­ме­няя рас­сто­я­ние между ато­ма­ми и мо­ле­ку­ла­ми, и со­зда­ем запас по­тен­ци­аль­ной энер­гии.

Рис. 1. Удли­не­ние пру­жи­ны под дей­стви­ем гру­зи­ка

∆х – это из­ме­не­ние длины пру­жи­ны, из­ме­не­ние длины тела. ∆х = х – х₀

В этом слу­чае мы можем го­во­рить о том, что энер­гия де­фор­ми­ро­ван­ной пру­жи­ны будет все­гда по­ло­жи­тель­ной