Теория:

Энергия характеризует способность тела совершать работу. Натянутая тетива лука, сжатая пружина, поднятый с земли камень, сжатый газ при определённых условиях могут совершать работу.
 
Потенциальной энергией обладают: 
 
1. Тела, поднятые над поверхностью земли (например, камень при падении с высоты образует на земле воронку).
 
2. Упруго деформированные тела (например, натянутая тетива лука выстреливает стрелу);
 
3. Сжатые газы (расстояние между молекулами газа уменьшается, и увеличивается сила отталкивания между ними).
 
Слово потенциальный (potentia) на греческом языке означает «возможность».
 
Огромной потенциальной энергией обладают воды водопада. Потенциальная энергия воды совпадает с работой силы притяжения Земли.
 
Потенциальная энергия накапливается в водах рек. Сила притяжения Земли производит работу, заставляя реки течь в более низко расположенное место — в море. Человек научился полезно использовать потенциальную энергию рек. В древние времена строили водяные мельницы, а с \(20\)-го века — гидроэлектростанции (ГЭС).
 
Гидроэлектростанция в Итайпу, находящаяся на границе между Бразилией и Парагваем на реке Парана, на сегодня является крупнейшим действующим сооружением такого рода в мире. У её плотины (через которую протекает вода) имеются шлюзы, состоящие из \(14\) ворот, через которые за секунду проходит \(62200\) кубометров воды.
 
Itaipu-dam.jpg
Потенциальную энергию тела, поднятого над опорой на высоту \(h\), рассчитывают по формуле:
Epot=mgh , где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения у поверхности Земли.
Потенциальную энергию тела измеряют относительно некоторого условного уровня отсчёта, чаще всего относительно поверхности Земли. В таком случае принимают, что потенциальная энергия тела на поверхности Земли равна нулю.
 
Обрати внимание!
Тело одновременно может обладать и потенциальной, и кинетической энергией, и они могут переходить одна в другую.
0cc2swing.gif
Человек, качающийся на качелях, обладает максимальной потенциальной энергией в наивысшей точке подъёма, в этой точке качели на мгновение замирают и, значит, в этот момент кинетическая энергия человека равна нулю.
 
При движении из состояния \(1\) в состояние \(2\), потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая растёт (так как высота тела над уровнем земли уменьшается, а скорость движения тела возрастает).
 
Когда человек находится в самой нижней точке траектории движения \(2\), кинетическая энергия является наибольшей, так как в этот его момент скорость самая высокая. Двигаясь из состояния \(2\) в состояние \(3\), увеличивается потенциальная энергия (так как увеличивается высота подъёма тела), а кинетическая энергия уменьшается (так как скорость движения тела уменьшается).
В замкнутой системе сумма кинетической и потенциальной энергии в любой момент времени остается неизменной.
Сумма потенциальной и кинетической энергии тела называется полной механической энергией тела.
Привязанный отвес на высоте \(h\) обладает максимальной потенциальной энергией, а кинетическая энергия (энергия движения) в это время равна \(0\).
 
1.png
 
Когда верёвку перерезают, отвес начинает свободно падать, высота уменьшается, а скорость увеличивается (с ускорением \(g\)), соответственно, потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия возрастает.
 
В каждый момент времени, до момента соударения, сумма потенциальной и кинетической энергии отвеса одинакова.
 
В момент соударения энергия отвеса не исчезает, она передаётся другому телу — гвоздю, который под воздействием этой энергии начинает движение, уходя глубже в брус. Некоторая часть энергии преобразуется во внутреннюю — тепловую энергию (так как отвес при соударении нагревается).
 
Любое тело обладает внутренней энергией, которая не связана с движением тела.
Внутреннюю энергию образует движение атомов и молекул тела.
Например, в результате удара частички начинают двигаться интенсивнее — это проявляется в виде нагрева тела. При сжатии пружины изменяется потенциальная энергия частиц.
 
elast.bmp
Натянутая резинка обладает потенциальной энергией, причиной этого является взаимное притяжение молекул.
Закон сохранения энергии:
энергия не исчезает и не возникает снова, она только преобразуется из одного вида энергии в другой вид энергии или переходит от одного тела к другому.
Полная энергия тела — это сумма его механической и внутренней энергии.
 
Полная энергия тела
Механическая энергия                Внутренняя энергия
Тела Eпот   Тела Eкин     Частиц Eпот   Частиц Eкин