Потенційна енергія

Як випливає із Закону збереження енергії, будь-яке тіло завжди має енергією. При наявності руху це очевидно: є швидкість або прискорення, що, помножене на масу, дає шуканий результат. Однак у випадку, коли тіло нерухомо, воно, як не парадоксально, також може бути охарактеризоване як володіє енергією.

Отже, кінетична енергія виникає при русі, потенційна - при взаємодії декількох тіл. Якщо з першою все більш-менш очевидно, то нерідко сила, що виникає між двома нерухомими об`єктами, залишається за межею розуміння.

Загальновідомо, що планета Земля впливає на всі тіла, що знаходяться на її поверхні за рахунок гравітаційного поля. Тобто вона притягує будь-який предмет з певною силою. При переміщенні предмета, зміні його висоти, відбувається також зміна показників енергії. Безпосередньо в момент підняття тіло має прискоренням. Однак у вищій своїй точці, коли предмет (нехай навіть на частку секунди) нерухомий, він володіє потенційною енергією. Вся справа в тому, що його як і раніше тягне до себе поле Землі, з яким шукане тіло взаємодіє.

Говорячи інакше, потенційна енергія виникає завжди за рахунок взаємодії декількох предметів, що утворюють систему, незалежно від розмірів самих предметів. При цьому за замовчуванням один з них представлений нашою планетою.

Потенційна енергія - величина, що залежить від маси предмета і висоти, на яку він піднятий. Міжнародне позначення - латинські літери Ep. Формула потенційної енергії виглядає наступним чином:

Ep = mgh,

Де m - маса, g - прискорення вільного падіння, h - висота.

Важливо розглянути більш докладно параметр висоти, оскільки він нерідко стає причиною труднощів при вирішенні завдань і розумінні значення розглянутої величини. Справа в тому, що будь-яке вертикальне пересування тіла має свою початкову та кінцеву точку. Для коректного знаходження потенційної енергії взаємодії тіл важливо знати початкову висоту. Якщо не вказана, то її значення дорівнює нулю, тобто збігається з поверхнею Землі. У разі ж, якщо відома як початкова точка відліку, так і кінцева висота, необхідно знайти різницю між ними. Вийшло число і стане шуканим h.

Важливо також зазначити, що потенційна енергія системи може мати негативне значення. Припустимо, ми вже підняли тіло над рівнем Землі, стало бути, воно має висоту, яку назвемо початковою. При його опусканні формула буде виглядати таким чином:

Ep = mh (h2-h1).

Очевидно, що h1 більше h2, отже, значення буде негативним, що й додасть всій формулою знак мінус.

Цікаво, що потенційна енергія тим вище, чим далі від поверхні Землі розташоване тіло. Для того щоб краще зрозуміти цей факт, задумаємося: чим вище потрібно підняти тіло над Землею, тим грунтовніше досконала робота. Чим вище значення роботи будь-якої сили, тим, умовно кажучи, більше вкладено енергії. Потенційна енергія, інакше кажучи, - це енергія можливості.

Подібним чином можна виміряти енергію взаємодії тіл при розтягуванні предмета.

В рамках даної теми необхідно окремо обговорити взаємодію зарядженої частинки та електричного поля. У подібній системі буде існувати потенційна енергія заряду. Розглянемо цей факт докладніше. На будь заряд, що знаходиться в межах електричного поля, діє однойменна сила. Переміщення частинки відбувається за рахунок роботи, виробленої цією силою. Враховуючи, що власне заряд і електромагнітне поле (Точніше кажучи, тіло, його створила) - це система, ми також отримуємо потенційну енергію переміщення заряду в рамках заданого поля. Оскільки даний вид енергії - особливий випадок, йому було присвоєно назву електростатичного.