Законспектировать параграф 3.7 «Потенциальная энергия» (с. 81–83).

План конспекта:

1. Определение потенциальной энергии.
2. Работа потенциальных сил и изменение потенциальной энергии.
3. Нулевой уровень отсчёта.
4. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия.
5. Потенциальная энергия упругодеформированного тела.

. Определение

• Тела, поднятые на высоту над Землёй, при падении могут совершить работу (например, копёр забивает сваю). Значит, они обладают энергией, которая называется потенциальной.
• Потенциальная энергия — энергия, которая зависит от взаимного расположения тел или частей одного и того же тела.
• Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия. Она относится к системе взаимодействующих объектов, поэтому её называют также взаимной потенциальной энергией.
• Мера изменения потенциальной энергии при переходе системы из одного состояния в другое — работа потенциальных сил.

. Работа потенциальных сил

Работа потенциальных сил равна убыли потенциальной энергии системы. Здесь — энергия в начальном состоянии, — в конечном.

. Нулевой уровень

• Физический смысл имеет разность , поэтому при решении задач выбирают состояние, в котором (нулевой уровень).
• В зависимости от выбора уровня может быть положительной, отрицательной или равной нулю.
• Потенциальная энергия определяется взаимным расположением тел, а расстояния между ними не зависят от системы отсчёта. Поэтому не зависит от выбора системы отсчёта.

. Гравитационное взаимодействие

Работа силы тяготения при перемещении тела массой из точки в точку (расстояния и от центра Земли, рис. .):

Сравнивая с (.), получаем:

• Энергию взаимодействия относительно нулевого уровня считают положительной, если тела отталкиваются (например, одноимённо заряженные).
• Если тела притягиваются (разноимённые заряды, гравитация), энергия отрицательна.

Для двух материальных точек массами и на расстоянии :

• Нулевой уровень удобно выбрать на бесконечно большом расстоянии от центра Земли: там при .
• На поверхности Земли () энергия минимальна: . График зависимости — рис. ..
• Вблизи поверхности Земли () тело, поднятое на высоту , обладает энергией:

. Упругодеформированное тело

• При деформации сжатия или растяжения возникают потенциальные силы упругости. Они стремятся вернуть тело в недеформированное состояние (рис. .).
• Работа силы упругости:

Здесь , где и — длина тела (пружины) в недеформированном и деформированном состояниях. Сила упругости .

• Потенциальная энергия упругих взаимодействий:

• Она равна работе силы упругости при переходе из деформированного состояния в недеформированное.
• Начало отсчёта () — состояние, где , , .
• График (рис. .) — парабола с вершиной в начале координат. Правая ветвь — растяжение (, так как ), левая ветвь — сжатие (, так как ).