Потенційною енергією називають енергію, яка визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл або частин одного і того ж тіла.
Потенційною енергією, наприклад, володіє тіло, підняте відносно поверхні Землі, тому що енергія тіла залежить від взаємного положення його і Землі і їх взаємного тяжіння. Будемо вважати потенційну енергію тіла, що лежить на Землі, що дорівнює нулю. Тоді потенційна енергія тіла, піднятого на деяку висоту, визначиться роботою, яку здійснить сила тяжіння при падінні тіла на Землю. А робота, як ми знаємо, дорівнює добутку сили на шлях, т. Е.
значить, в цьому випадку і потенційна енергіяE дорівнює:
Величезною потенційної енергією володіє вода в річках, піднята греблями. Опускаючись вниз, вода робить роботу, приводячи в рух потужні турбіни електростанцій.
Потенційну енергію копра використовують в будівництві для здійснення роботи із забивання паль. Відкриваючи двері з пружиною, здійснюють роботу по розтягуванню (або стиску) пружини. За рахунок придбаної енергії пружина, скорочуючись (або розпрямляючись), здійснює роботу, закриваючи двері.
Енергію стислих і закручених пружин використовують в гвинтівках для приведення в рух ударника з бойком, в ручних годиннику і різноманітних заводних іграшках. Потенційною енергією має будь-яка пружне деформоване тіло. Потенційну енергію стисненого газу використовують в роботі теплових двигунів, в відбійних молотках, які широко застосовують в гірській промисловості, при будівництві доріг, виїмці твердого грунту і т. Д.
Чим сильніше газ стиснутий, тим більшою потенційною енергією він володіє, отже, і велику роботу зробить при розширенні.
Енергію, яку має тіло внаслідок свого руху, називають кінетичної енергією.
Рухома вода, приводячи в обертання турбіни гідроелектростанцій, витрачає свою кінетичну енергію і робить роботу. Кінетичної енергією володіє і рухомий повітря - вітер.
Від чого залежить кінетична енергія? Звернемося до досвіду. На малюнку 174 зображено похилий жолоб, до якого примикає горизонтальний жолоб. На горизонтальному жолобі лежить невеликий дерев'яний циліндр В. Якщо скачувати кульку А з різних висот, то можна помітити, що, ніж з більшої висоти скочується кулька, тим більше його швидкість і тим далі він пересуває циліндр, т. Е. Робить велику роботу.
За рахунок швидкості велику кінетичну енергію має летить куля. Якщо провести досвід з кульками різних мас, то можна переконатися, що кінетична енергія кульки залежить від його маси. Чим більше маса тіла і швидкість, з якою воно рухається, тим більше його кінетична енергія.
Кінетичну енергію тел використовують в техніці. Особливо широко використовується кінетична енергія поточної води. Падаючи з греблі, вода приводить в рух турбіну, з'єднану з генератором електричного струму. За рахунок кінетичної енергії води виробляється електрична енергія.
Всі тіла в природі щодо умовного нульового значення мають або потенційної, або кінетичної енергією, а іноді того й іншого разом. Наприклад, що летить літак володіє відносно Землі і кінетичної. і потенційною енергією.
Ми ознайомилися з двома видами механічної енергії. Інші види енергії (електрична, хімічна та ін.) Будуть розглянуті в інших розділах курсу фізики.
1. Яку енергію називають потенційною? 2. Наведіть приклади тіл, які мають потенційну енергію. 3. У якому випадку потенційну енергію тіла вважають рівною нулю? 4. Що є мірою потенційної енергії тіла, піднятого на деяку висоту відносно поверхні Землі? 5. Як показати, що деформована пружина має потенційну енергією? Що є мірою цієї енергії? В якому стані пружини її потенційну енергію зручно прийняти за нуль? 6. Яку енергію називають кінетичної? 7. В якому випадку кінетичну енергію тіла вважають рівною нулю? 8. Назвіть випадки, коли тіла мають кінетичної енергією. 9. Як залежить кінетична енергія від маси тіла і його швидкості? 10. Який енергією володіє летить літак відносно Землі? 11. Який енергією володіє піднята греблею вода? 12. Де використовують кінетичну енергію поточної води?
Вправи. 1. Який потенційної енергією щодо Земля має тіло масою 100 кг на висоті 10 м? 2. Молот копра для забивання паль (рис. 175) масою 500 кг падає з висоти 10 м. Чому буде дорівнює потенційна енергія молота на висоті 4 м? Чому дорівнює вчинений нею робота? 3. В яких місцях річки - біля витоків або в гирлі - кожен кубічний метр води має більшу потенційну енергію? Відповідь обґрунтуйте. 4. В якій річці - гірської чи рівнинній, - кожен кубічний метр води, що тече має більшу кінетичну енергію? 5. Висота падіння води на Нурекської ГЕС, будівництво якої завершено в десятій п'ятирічці, дорівнює 275 м. Кожну секунду через одну турбіну цієї ГЕС проходить 155 м3 води. Яка енергія в 1 з витрачається в турбіні? Чому дорівнює ККД турбіни. якщо електрична потужність її дорівнює 300 МВт?