§67. Потенциальная и кинетическая энергия

Вопросы

1. Какую энергию называют потенциальной?

Ответ:

Потенциальная (от лат. потенциа — возможность) энергия та, которая может быть получена путем изменения его положения, состояния, относительно других окружающих тел. Скажем груз поднятый на высоту, сжатый газ.

2. Приведите примеры тел, обладающих потенциальной энергией.

Ответ:

Потенциальной энергия встречается в следующих случаях:
− тело, поднятое относительно поверхности Земли, вода в водохранилищах выше нормального уровня;
− деформированное тело (сжатая пружина, сжатый газ, мяч, сжатая рессора на машине под грузом);

3. Как показать, что деформированная пружина обладает потенциальной энергией?

Ответ:

Проведем простой эксперимент. Скажем у нас есть сжатая пружина, усилие которой удерживается за счет нити. Если перерезать нить, то пружина сможет не только сама расправиться, но и поднять какой-либо груз. Это как раз говорит о том, что она обладала потенциальной энергией.

рис. 192. Совершение работы сжатой пружиной при её распрямлении

4. Какую энергию называют кинетической? От каких величин она зависит?

Ответ:

Кинетическая энергия (от греч. кинема — движение) это энергия связанная с инерцией тел. Движущееся тело обладает кинетической энергией.
Кинетическую энергию обозначают буквой $E_{к}$, и она зависит от скорости и массы.
Для того чтобы определить кинетическую энергию тела, применяют формулу:
$E_{к}=\frac{mv^{2}}{2}$,
где m — масса тела, v — скорость движения тела.

5. В каком случае кинетическую энергию тела считают равной нулю?

Ответ:

В случае покоя тела, кинетическая энергий равна нулю. 

6. Назовите случаи, когда тела обладают кинетической энергией.

Ответ:

Движущийся автомобиль, велосипед, мотоцикл, птица, брошенный камень, мяч, летящая пуля.

7. Где используют кинетическую энергию текущей воды?

Ответ:

Как правило для получения других видов энергии как раз и используют кинетическую энергию, которая часто получается из потенциальной. Скажем вода в водохранилище падает с плотины, преобразую потенциальную энергию в кинетическую. Вращаются турбины, создающие электрический ток, идущий по проводам в распределительный станции и к нам в дома. Так происходит трансформация энергий, где есть место и кинетической энергии падающей воды. 

Упражнение 34

1. Какой потенциальной энергией относительно Земли обладает тело массой 100 кг на высоте 10 м?

Ответ:

Дано:
m = 100 кг;
h = 10 м;
g = 9,8 Н/кг.
$Е_{п}$ − ?;
Решение:
$Е_{п} = gmh$;
$Е_{п} = 9,8 * 100 * 10 = 9800$ Дж;
Ответ. 9800 Дж.

2. В каких местах реки — у истоков или в устье — каждый кубический метр воды обладает большей потенциальной энергией? Ответ обоснуйте.

Ответ:

Мы знаем, что кинетическая энергия прямо пропорциональна массе и высоте поднятого тела ($Е_{п} = gmh$).
Исток реки это место ее зарождения, там откуда она вытекает. Устье это то место где река заканчивается, как правило втекая в водоем (озеро, реку, море). Течение реки обеспечивается как раз за счет потенциальной энергии, переходящей в кинетическую. В итоге, когда вода попадает в водоем с одним уровнем, то потенциальная энергия каждого куба воды становится меньше из за потери высоту. Можно утверждать, что кубический метр воды у истока обладает большей потенциальной энергией, чем у устья.

3. В какой реке — горной или равнинной — каждый кубический метр текущей воды обладает большей кинетической энергией? Почему?

Ответ:

 Мы знаем, что кинетическая энергия прямо пропорциональна массе тела и квадрату его скорости, то есть можно описать формулой ($E_{к}=\frac{mv^{2}}{2}$).
В итоге, чем больше масса тела и скорость движения, тем выше кинетическая энергия. Исходя из этого, скорость течения в горной реке выше, в отличии от равнинной реки.
Это значит, что каждый кубический метр текущей воды в горной реке обладает большей кинетической энергией, нежели в равнинной.

4. Определите, какой кинетической энергией будет обладать пуля, вылетевшая из ружья. Скорость её при вылете из ружья равна 600 м/с, а масса — 7,5 г.

Ответ:

Дано:
$v$ − 600 м/с;
m = 7,5 г.
$E_{к}$ − ?
Решение:
$E_{к}=\frac{mv^{2}}{2}$;
m (кг) = 7,5 * 0,001 = 0,0075 кг;
$E_{к}=\frac{0,0075 * 600^{2}}{2} = 1350$ Дж.
Ответ. 1350 Дж.