СЛОВАРЬ ЮНОГО ФИЗИКА

 

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ     

 

 

 

 

Еще в древности было открыто золотое правило механики: выигрывая в силе, проигрываешь в расстоянии. Действительно, если, например, поднимать груз по наклонной плоскости, то приходится совершать работу против сил тяжести (будем считать, что работой против сил трения можно пренебречь). Если наклонная плоскость пологая, то путь длинный, но к грузу можно прикладывать меньшую силу. По крутой плоскости поднимать груз тяжелее, но зато путь короче. Работа, которую надо совершить для того, чтобы поднять груз массы m на высоту h, всегда одинакова и равна mgh.

 

Это важнейшее свойство сил тяжести: работа не зависит от формы пути, а определяется только начальным и конечным положениями тела. Силы, обладающие таким свойством, называют потенциальными или консервативными. Для них можно определить потенциальную энергию. Достаточно выбрать начало отсчета — считать, что в каком-то положении (например, на поверхности Земли) потенциальная энергия равна нулю, и тогда в любой другой точке она будет равна работе по перемещению тела из начального положения в эту точку.

 

Потенциальная энергия вместе с кинетической энергией составляет полную механическую энергию тела. Если тело находится только в поле потенциальных сил, то полная энергия сохраняется (закон сохранения механической энергии). Чтобы запустить ракету, способную покинуть пределы Солнечной системы, необходимо сообщить ей огромную скорость (около 11 км/с). Запас кинетической энергии компенсирует увеличение потенциальной энергии при удалении ракеты от Земли.

 

На больших расстояниях атомы притягиваются друг к другу.

 

Потенциальны не только силы тяжести, но и силы электростатического взаимодействия. Ведь закон Кулона очень похож на закон всемирного тяготения Ньютона. Даже формулы для потенциальной энергии почти одинаковые: в обоих случаях энергия обратно пропорциональна расстоянию между взаимодействующими телами.

 

 В то же время работа сил трения зависит от формы пути (например, при сухом трении короткий путь самый лучший), и такие силы не являются потенциальными.

 

С помощью потенциальной энергии удобно описывать взаимодействие частиц в микромире, например двух атомов. На больших расстояниях между атомами действуют силы притяжения. Хотя каждый атом нейтральный, под воздействием электрического поля другого атома он превращается в маленький диполь, и эти диполи притягиваются друг к другу . Поэтому при сближении атомов их надо удерживать и совершать отрицательную работу против этих сил. На малых расстояниях между атомами, напротив, действуют силы отталкивания, обусловленные в основном кулоновским взаимодействием сближающихся ядер. В этом случае для сближения атомов надо совершать положительную работу.

 

 Потенциальная энергия имеет минимум, и это положение атомов соответствует устойчивому образованию — молекуле. В таком случае говорят, что атомы находятся в потенциальной яме.

 

Точно так же в кристалле атомы располагаются в пространстве таким образом, чтобы он обладал минимальной потенциальной энергией. В результате образуется периодическая структура — кристаллическая решетка .

 

Устойчивому положению системы всегда соответствует минимум потенциальной энергии. Интересно, что если между частицами действуют только силы электростатического взаимодействия (система неподвижных зарядов), то они вообще не могут находиться в состоянии устойчивого равновесия.

 

Потенциальная энергия не имеет минимума, и система обязательно развалится (заряды разлетятся). Эта теорема Ирншоу послужила важнейшим доказательством несостоятельности статической модели атома.

 

 

 

 

 

Смотрите также:

 

Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия электронов...

Потенциальная и кинетическая энергия электронов в атоме обусловлены силами притяжения между электронами и положительно заряженным ядром.

 

Химическая энергия не высвобождается...

Потенциальная энергия этих трех тел увеличивается в следующей последовательности: mghi < mgtu < mgh3 (где g-ускорение силы тяжести; hi, Ьг...

 

Работа и энергия. Что такое энергия - расчет энергии

После падения на уровень h=0 потенциальная энергия становится равной нулю (тело уже не способно производить дальнейшую работу), но теперь оно приобретает "новое" свойство...

 

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ. энергия – это способность к совершению...

Немедленно проявится сила гравитации, и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнет высвобождаться.