Номер 2, страница 409 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 72. Работа сил электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 2, страница 409.

Условие.

2. Приведите примеры известных вам потенциальных полей.

Решение.

Решение

Потенциальное (или консервативное) силовое поле — это такое поле, работа сил которого при перемещении материальной точки из одной точки в другую не зависит от траектории, а определяется только начальным и конечным положением точки. Это свойство эквивалентно тому, что работа сил поля по любой замкнутой траектории равна нулю. Для таких полей можно ввести скалярную функцию — потенциальную энергию $E_p$, изменение которой при перемещении равно работе сил поля, взятой с обратным знаком: $A = -\Delta E_p = E_{p1} - E_{p2}$.

Примерами известных потенциальных полей являются:

Гравитационное поле. Это поле, создаваемое силами всемирного тяготения. Работа, совершаемая силой тяжести при перемещении тела, зависит только от изменения его положения (например, высоты) в поле, а не от пути. Потенциальная энергия тела массой $m$ в однородном гравитационном поле Земли (вблизи поверхности) на высоте $h$ определяется как $E_p = mgh$. Для гравитационного поля, создаваемого точечной массой $M$, потенциальная энергия пробной массы $m$ на расстоянии $r$ от неё равна $E_p = -G\frac{Mm}{r}$.

Электростатическое поле. Это поле, создаваемое системой неподвижных электрических зарядов. Силы, действующие в этом поле на электрический заряд (силы Кулона), являются консервативными. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле не зависит от траектории. Для описания энергетических характеристик поля вводится скалярная величина — электростатический потенциал $\phi$. Потенциальная энергия заряда $q$, помещенного в точку поля с потенциалом $\phi$, равна $W_p = q\phi$.

Поле упругих сил. Это силовое поле, возникающее при упругой деформации тел. Например, сила упругости, возникающая в пружине при её растяжении или сжатии и подчиняющаяся закону Гука, является консервативной. Работа этой силы зависит только от начальной и конечной величины деформации $x$. Потенциальная энергия упруго деформированной пружины с коэффициентом жесткости $k$ равна $E_p = \frac{kx^2}{2}$.

Ответ: Примерами потенциальных полей являются гравитационное поле, электростатическое поле и поле упругих сил.