Номер 6, страница 127 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 8. Закон сохранения энергии. Параграф 29. Взаимосвязь работы и энергии - номер 6, страница 127.

Условие.

6. Что такое потенциальная энергия?

Решение.

Потенциальная энергия (от лат. potentia — «возможность», «сила») — это скалярная физическая величина, представляющая собой часть полной механической энергии системы. Она определяется взаимным расположением тел (или частей одного тела) и характером сил взаимодействия (потенциальных сил) между ними. Иначе говоря, это энергия, «запасенная» в системе благодаря её конфигурации.

Ключевой особенностью потенциальной энергии является то, что она характеризует способность системы совершить работу за счёт изменения взаимного расположения её частей. Когда части системы меняют свое положение под действием потенциальных сил (например, тело падает под действием силы тяжести), потенциальная энергия уменьшается, превращаясь в кинетическую энергию или совершая работу.

Важно понимать, что потенциальная энергия является свойством системы в целом, а не отдельного тела. Например, когда мы говорим о потенциальной энергии поднятого над Землей камня, мы имеем в виду потенциальную энергию системы «камень–Земля». Абсолютное значение потенциальной энергии не имеет физического смысла; важна лишь её разность между двумя состояниями системы. Поэтому для расчетов всегда выбирается так называемый нулевой уровень, где потенциальная энергия условно принимается равной нулю.

Существуют различные виды потенциальной энергии. Наиболее известные из них:

• Гравитационная потенциальная энергия — энергия, обусловленная взаимным притяжением тел. Для тела массой $\text{m}$, поднятого на высоту $\text{h}$ над поверхностью Земли (где $\text{h}$ значительно меньше радиуса Земли), она вычисляется по формуле:
  $E_p = mgh$
  где $\text{g}$ — ускорение свободного падения.
• Потенциальная энергия упругой деформации (упругая потенциальная энергия) — энергия, запасенная в деформированном (растянутом или сжатом) упругом теле, например, в пружине. Она рассчитывается по формуле:
  $E_p = \frac{kx^2}{2}$
  где $\text{k}$ — жесткость пружины, а $\text{x}$ — её удлинение или сжатие.
• Электростатическая потенциальная энергия — энергия взаимодействия электрических зарядов. Для системы из двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $\text{r}$ друг от друга, она равна:
  $E_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$
  где $\text{k}$ — коэффициент пропорциональности в законе Кулона.

Понятие потенциальной энергии тесно связано с консервативными (потенциальными) силами. Это силы, работа которых при перемещении тела из одной точки в другую не зависит от траектории движения, а определяется только начальным и конечным положениями. Работа консервативной силы $\text{A}$ равна изменению потенциальной энергии системы, взятому с противоположным знаком:
$A = -\Delta E_p = -(E_{p2} - E_{p1})$

Ответ: Потенциальная энергия — это энергия, которой обладает система тел (или частиц), обусловленная их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними. Она представляет собой запасенную энергию, которая может быть преобразована в кинетическую энергию или может быть использована для совершения работы при изменении конфигурации системы.