Номер 1, страница 343 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Законы сохранения в механике. Глава 6. Закон сохранения энергии. Параграф 6.7. Замечания о физическом смысле потенциальной энергии - номер 1, страница 343.

Условие.

? Выделите общее и различия между потенциальной и кинетической энергией.

Решение.

Общее

Потенциальная и кинетическая энергия имеют несколько общих черт:
1. Обе являются видами механической энергии. Энергия — это физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершать работу.
2. В Международной системе единиц (СИ) обе энергии измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж).
3. Обе энергии являются скалярными величинами, то есть они характеризуются только числовым значением и не имеют направления в пространстве.
4. Величина обеих энергий относительна. Кинетическая энергия зависит от выбора системы отсчета, так как от нее зависит скорость тела. Потенциальная энергия зависит от выбора нулевого уровня, то есть положения, в котором она условно принимается равной нулю.
5. В консервативных системах (где действуют только консервативные силы, например, сила тяжести или сила упругости, и отсутствует трение) потенциальная и кинетическая энергия могут превращаться друг в друга, при этом их сумма, полная механическая энергия, остается постоянной: $E_k + E_p = \text{const}$.

Различия

Несмотря на общие черты, между потенциальной и кинетической энергией существуют фундаментальные различия:
1. Природа возникновения. Кинетическая энергия — это энергия движения. Ею обладает любое тело, имеющее скорость. Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия. Она обусловлена взаимным расположением взаимодействующих тел или частей одного тела.
2. Зависимость от физических величин. Кинетическая энергия тела зависит от его массы $m$ и квадрата скорости $v$ ($E_k = \frac{mv^2}{2}$). Потенциальная энергия зависит от положения или конфигурации системы и характера сил взаимодействия. Например, потенциальная энергия тела в поле тяжести Земли зависит от его массы $m$ и высоты $h$ над нулевым уровнем ($E_p = mgh$), а энергия упруго деформированной пружины — от её жесткости $k$ и величины деформации $x$ ($E_p = \frac{kx^2}{2}$).
3. Условие обладания энергией. Тело обладает кинетической энергией, только если оно движется относительно выбранной системы отсчета ($v \neq 0$). Тело может обладать потенциальной энергией, даже находясь в состоянии покоя ($v = 0$), например, книга, лежащая на полке.
4. Принадлежность. Кинетическую энергию можно приписать отдельному движущемуся телу. Потенциальная же энергия всегда является характеристикой системы взаимодействующих тел. Например, нельзя говорить о потенциальной энергии камня самого по себе; можно говорить о потенциальной энергии системы «Земля-камень».

Ответ: Общее между потенциальной и кинетической энергией заключается в том, что обе являются видами механической энергии, измеряются в джоулях, являются скалярными и относительными величинами, а также могут взаимно превращаться друг в друга. Различия состоят в их природе (энергия движения против энергии взаимодействия/положения), в параметрах, от которых они зависят (масса и скорость против положения/конфигурации и сил взаимодействия), и в том, что кинетическая энергия присуща движущемуся телу, а потенциальная — системе взаимодействующих тел, причем тело может обладать ею даже в состоянии покоя.