Номер 4, страница 173 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 4. Механическая работа. Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии. Параграф 27. Потенциальная энергия. Вопросы - номер 4, страница 173.

Условие.

4. Может ли потенциальная энергия системы «тело — Земля» быть отрицательной? Приведите примеры.

Решение.

Да, потенциальная энергия системы «тело — Земля» может быть отрицательной. Это зависит от выбора нулевого уровня — высоты, на которой потенциальная энергия условно принимается равной нулю. Выбор этого уровня произволен и диктуется удобством решения конкретной задачи.

Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли, определяется формулой: $E_p = mgh$, где $\text{m}$ — масса тела, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота тела относительно выбранного нулевого уровня.

Поскольку масса $\text{m}$ и ускорение свободного падения $\text{g}$ являются положительными величинами, знак потенциальной энергии $E_p$ полностью определяется знаком высоты $\text{h}$. Если тело находится ниже выбранного нулевого уровня, то высота $\text{h}$ будет отрицательной, и, соответственно, потенциальная энергия $E_p$ также будет отрицательной.

Примеры:

1. Если за нулевой уровень принять поверхность земли, то любой объект, находящийся на дне ямы, в шахте или в подвале, будет иметь отрицательную высоту ($h < 0$) и, следовательно, отрицательную потенциальную энергию.

2. Если за нулевой уровень принять поверхность воды в море (уровень моря), то подводная лодка, находящаяся на некоторой глубине, будет обладать отрицательной потенциальной энергией.

3. Если при решении задачи о падении предмета со стола за нулевой уровень принять поверхность стола, то когда предмет будет находиться на полу, его потенциальная энергия относительно стола будет отрицательной.

Ответ: Да, потенциальная энергия системы «тело — Земля» может быть отрицательной. Это происходит в тех случаях, когда тело расположено ниже уровня, для которого потенциальная энергия принята равной нулю.