Номер 6, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Механика. Глава 4. Законы сохранения в механике. Параграф 33. Потенциальная энергия. Вопросы - номер 6, страница 195.

Условие.

6. Какие потенциальные силы вы знаете?

Решение.

Решение:

Потенциальные (или консервативные) силы — это силы, работа которых не зависит от траектории перемещения тела, а определяется только его начальным и конечным положением. Это свойство позволяет для каждой потенциальной силы ввести понятие потенциальной энергии ($E_p$) — скалярной функции, зависящей от положения тела, такой, что работа силы ($A$) при перемещении тела из начального положения 1 в конечное положение 2 равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

$A_{1 \to 2} = E_{p1} - E_{p2} = -\Delta E_p$

К основным видам потенциальных сил относятся:

Сила тяжести (гравитационная сила)

Это сила взаимного притяжения между телами, обладающими массой. Работа силы тяжести при перемещении тела зависит только от разности высот между начальной и конечной точками. Потенциальная энергия тела массой $m$, поднятого на высоту $h$ в однородном гравитационном поле (вблизи поверхности Земли), вычисляется по формуле:

$E_p = mgh$

где $g$ — ускорение свободного падения. В общем случае для двух точечных масс $M$ и $m$, находящихся на расстоянии $r$ друг от друга, потенциальная энергия их гравитационного взаимодействия равна:

$E_p = -G\frac{Mm}{r}$

где $G$ — гравитационная постоянная.

Сила упругости

Это сила, возникающая в теле при его деформации (растяжении, сжатии) и стремящаяся вернуть его в исходное, недеформированное состояние. Для упругих деформаций, которые подчиняются закону Гука, сила упругости является потенциальной. Потенциальная энергия упруго-деформированной пружины с жесткостью $k$, растянутой или сжатой на величину $x$, определяется как:

$E_p = \frac{kx^2}{2}$

Электростатическая сила (сила Кулона)

Это сила взаимодействия между неподвижными электрическими зарядами. Электростатическое поле, создаваемое такими зарядами, является потенциальным, а значит, работа по перемещению другого заряда в этом поле не зависит от траектории. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $r$ друг от друга, описывается формулой:

$E_p = k\frac{q_1q_2}{r}$

где $k$ — коэффициент пропорциональности в законе Кулона.

Силы, работа которых зависит от траектории, например, сила трения, не являются потенциальными. Такие силы называют неконсервативными или диссипативными.

Ответ: К потенциальным силам относятся гравитационная сила (сила тяжести), сила упругости, электростатическая сила (сила Кулона).