Потенциальная энергия означает накопленную энергию, но, например, она не сохраняется ни
в движении тела (как кинетическая энергия), ни из-за высокой температуры тела (внутренняя
кинетическая энергия).
Физические системы, в которых различные части взаимодействуют друг с другом, обладают потенциальной энергией благодаря их конфигурации в пространстве и, в частности, благодаря относительному положению их взаимодействующих компонентов.
Примеры систем, которые накапливают потенциальную энергию, включают: тело,
находящееся высоко или низко в гравитационном поле другого тела; электрически заряженная частица вблизи или вдали от другого заряда; резиновый шарик, состоящий из нескольких молекул, которые можно раздавливать или растягивать.
Хотя потенциальная энергия, строго говоря, является свойством всей физической системы, а не только одной из ее частей, мы часто говорим о «потенциальной энергии тела», которая подвержена влиянию внешней среды. Это немного упрощает ситуацию, когда можно предположить, что среда, взаимодействующая с телом, не подвержена влиянию взаимодействия.
Потенциальная энергия тела в конкретном определенном месте, вследствие действия силы ,
действующей на тело (например, сила тяжести, электрическая сила от заряда, или напряжение в пружине), определяется как минус работа осуществляемая этой силой при перемещении тела из некоторой контрольной точки в это место.
Контрольная точка называется «нулевой точкой» потенциальной энергии, поскольку потенциальная энергия будет равна нулю по определению.
Эквивалентно, потенциальная энергия тела в каком-то месте равна работе, которую необходимо выполнить силой в перемещении тела из нулевой точки в это место. Если вам нужно совершить работу, чтобы доставить тело в новое место, то потенциальная энергия увеличивается в процессе.
Если внешняя сила выполняет работу, то изменение потенциальной энергии отрицательно.
Часто в простых задачах вы можете определить знак потенциального изменения энергии, взглянув на физику, не прибегая к ее математическому определению.
Поскольку работа, выполняемая силой над телом, в принципе может зависеть от пути, по
которому идет тело, приведенное выше определение может показаться неоднозначным. Это
глубокий физический факт, что для большинства сил, с которыми сталкиваются в реальных
задачах, данное выше определение не является двусмысленным, потому что проделанная
работа не зависит от выбранного пути. Такие силы называются консервативными.
Нулевую точку может выбрать физик, решающий проблему: в зависимости от ситуации она может быть бесконечно далеко (часто описываемой как «на бесконечности»), центр Земли, уровень моря, пол или любой другой объект.
Потенциальная энергия может быть накоплена в различных видах и для некоторых из них
существуют обычные варианты выбора нулевой точки:
| Потенциальная энергия | Уравнение | Термины |
|---|---|---|
| Потенциальная энергия гравитации в однородном гравитационном поле | – ускорение из-за гравитации, – масса объекта, – высота объекта от нулевой точки | |
| Потенциальная энергия накопленная в растянутой или сжатой пружине | – постоянная пружины, – растяжение/сжатие пружины | |
| Потенциальная электрическая энергия в однородном электрическом поле | – однородное электрическое поле, – это электрический заряд на объекте, – это расстояние перемещения заряда | |
| Магнитная потенциальная энергия | $μ – магнитный дипольный момент, – магнитное поле | |
| Гравитационная потенциальная энергия взаимодействия двух точечных масс | , – массы 2-х тел, – расстояния между телами, – гравитационная постоянная |
Вам нужно срочно заказать статью по физике для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!
Комментарии