Механическая энергия: кинетическая и потенциальная
⚡ Физика · 7 класс
Что такое энергия
Энергия — это физическая величина, которая показывает, какую работу может совершить тело. Если тело способно совершить работу, говорят, что оно обладает энергией. Энергию измеряют в тех же единицах, что и работу, — в джоулях: 1 Дж.
В механике различают два вида механической энергии: кинетическую и потенциальную.
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела. Чем больше масса тела и чем больше его скорость, тем больше его кинетическая энергия. Например, летящий мяч может разбить стекло, а катящийся вагон — сдвинуть другой вагон.
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия — это энергия, обусловленная взаимным положением тел или частей тела. Различают два случая:
- энергия поднятого над землёй тела: чем выше поднято тело и чем больше его масса, тем больше энергия;
- энергия упруго деформированного тела: например, сжатая пружина или натянутая тетива лука.
Сравнение видов энергии
| Вид энергии | От чего зависит | Пример |
|---|---|---|
| Кинетическая | Масса и скорость | Летящий мяч |
| Потенциальная (высота) | Масса и высота подъёма | Поднятый молот |
| Потенциальная (упругость) | Деформация | Сжатая пружина |
Превращение энергии
Один вид механической энергии может переходить в другой. У падающего тела потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая растёт.
Разобранный пример
Мяч подбросили вверх. Проследим за энергией:
Внизу: кинетическая большая, потенциальная малая
Вверху: кинетическая малая, потенциальная большая
При движении вверх кинетическая энергия переходит в потенциальную, а при падении — наоборот.
Энергия и работа
Энергия и работа тесно связаны. Когда тело совершает работу, его энергия уменьшается; когда над телом совершают работу, его энергия увеличивается. Например, поднимая груз, мы совершаем работу, и у груза появляется потенциальная энергия. Падая обратно, груз сам совершает работу — скажем, забивает сваю в землю.
Поэтому энергию измеряют в тех же единицах, что и работу, — в джоулях. Можно сказать, что энергия — это «запас работы», который тело способно отдать.
Энергия рек, ветра и других тел
Запасами механической энергии обладают многие тела в природе. Текущая вода и ветер несут кинетическую энергию, которую человек научился использовать на водяных и ветряных мельницах, а позже — на электростанциях. Поднятая в водохранилище вода обладает потенциальной энергией, которая на гидроэлектростанции превращается в энергию движения и далее в электрическую. Так превращение видов энергии лежит в основе многих машин.
Частые ошибки. Покоящееся на земле тело тоже может иметь потенциальную энергию, если его сравнивать с более низким уровнем. Высоту подъёма всегда отсчитывают от выбранного уровня. Не следует путать энергию (запас работы) с самой работой (процессом её совершения).
Кратко о главном
- Энергия показывает, какую работу способно совершить тело, и измеряется в джоулях.
- Кинетическая энергия зависит от массы и скорости тела.
- Потенциальная энергия зависит от положения тел или их деформации.
- Совершая работу, тело отдаёт энергию; над телом совершают работу — энергия растёт.
- Виды механической энергии могут превращаться друг в друга.