Потенциальная энергия

Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.

Груз и Земля

Рассматриваем небольшие высоты у поверхности Земли, где g можно считать постоянным, а движение самой Земли не учитываем. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия груза с Землёй относительно выбранного уровня равна Eп = mgh. В школьной краткой записи говорят «потенциальная энергия груза», помня о взаимодействии с Землёй.

Какую высоту подставлять

h — вертикальная высота над нулевым уровнем, а не путь по наклонному склону. Нулевой уровень выбирают по условию: пол, поверхность стола или точка броска. На этом уровне Eп = 0, ниже него в той же модели Eп может быть отрицательной. Это не означает отсутствия всех остальных видов энергии.

Прямой расчёт

Груз массой 2 кг находится на высоте 3 м над полом, g = 10 Н/кг. Если ноль выбран на полу, Eп = 2 × 10 × 3 = 60 Дж. На высоте 1 м тот же груз имеет Eп = 20 Дж. Массу выражают в кг, высоту — в м, тогда ответ получается в Дж.

Граммы и постоянная g

Если масса 500 г, это 0,5 кг. На высоте 2 м при g = 9,8 Н/кг энергия равна 0,5 × 9,8 × 2 = 9,8 Дж. Не заменяйте указанное в задаче g на 10 без разрешённого округления. Число граммов нельзя подставлять вместо числа килограммов.

Изменение потенциальной энергии

ΔEп = Eп₂ − Eп₁ = mg(h₂ − h₁). Для груза 2 кг при подъёме с 1 до 3 м и g = 10 получаем ΔEп = 40 Дж. При обратном перемещении ΔEп = −40 Дж. Положительный знак означает увеличение энергии, отрицательный — уменьшение. Разность не зависит от общего выбора нулевого уровня.

Связь с работой тяжести

Работа силы тяжести Aтяж = −ΔEп = mg(h₁ − h₂). При подъёме она отрицательна, при опускании положительна. Работа подъёмного устройства — другая величина: без сопротивления при равномерном подъёме она равна положительному приросту Eп. При разгоне, трении или подъёме частей устройства нужны дополнительные данные.

Проверьте себя