1 Что такое потенциальная энергия?
Потенциальная энергия - это форма энергии, связанная с позицией или конфигурацией объектов в поле силы.
2 Приведите примеры систем тел, обладающих потенциальной энергией.
Примеры систем тел, обладающих потенциальной энергией:
Маятник, который поднимают до определенной высоты, обладает потенциальной энергией, которая превращается в кинетическую энергию при движении маятника. Упруго деформированная пружина также обладает потенциальной энергией. Тело, поднятое на определенную высоту над поверхностью Земли, обладает потенциальной энергией, связанной с гравитационным полем Земли.
3 Может ли потенциальная энергия упруго деформированной пружины быть отрицательной? Ответ обоснуйте.
Да, потенциальная энергия упруго деформированной пружины может быть отрицательной. Это происходит, если пружина была растянута за свой равновесный размер, то есть находится в своем потенциальном минимуме. В этом случае, при сжатии пружины, ее потенциальная энергия увеличивается, но она все равно будет отрицательной относительно своего минимального значения.
4 Может ли потенциальная энергия системы «тело — Земля» быть отрицательной? Ответ обоснуйте. Подсказка: чему равна потенциальная энергия системы тел «кирпич — Земля», если кирпич массой m лежит в яме на глубине l от поверхности Земли?
Да, потенциальная энергия системы "тело - Земля" может быть отрицательной. Это происходит, если тело находится ниже уровня поверхности Земли. Например, если кирпич массой m лежит в яме на глубине l от поверхности Земли, его потенциальная энергия относительно уровня поверхности Земли будет равна -mgl, где g - ускорение свободного падения.
5 Как называется единица потенциальной энергии в СИ?
Единица потенциальной энергии в СИ - джоуль (Дж).
6 Приведите примеры потенциальных и непотенциальных сил.
Примеры потенциальных и непотенциальных сил:
Потенциальные силы: сила тяжести, сила упругости пружины, электростатическая сила. Непотенциальные силы: сила трения, сила сопротивления воздуха, сила Архимеда.
7 Может ли потенциальная энергия системы тел уменьшаться, увеличиваться, оставаться неизменной, если на тела системы не действуют внешние силы и силы трения? Приведите примеры.
Если на тела системы не действуют внешние силы и силы трения, то потенциальная энергия системы тел будет сохраняться, а суммарная механическая энергия будет постоянной. Например, если маятник качается в вакууме, то его потенциальная энергия будет переходить в кинетическую и обратно без потерь, и суммарная энергия маятника останется постоянной. Таким образом, если на систему тел не действуют внешние силы и силы трения, ее потенциальная энергия может уменьшаться и увеличиваться в зависимости от конфигурации объектов в поле силы, но ее суммарная механическая энергия останется постоянной.
1 Проанализируйте ситуацию, изображённую на рис. 128, ответив на вопросы:
а) как изменяется потенциальная энергия растянутого шнура после отпускания прикреплённого к нему бруска;
б) положительна или отрицательна работа силы упругости шнура;
в) как изменяется кинетическая энергия бруска?
2 Тело массой m переводят с начальной высоты h0 на конечную высоту hк, как показано на рис. 132. Рассмотрите каждый из случаев отдельно и ответьте на вопросы:
а) чему равна начальная потенциальная энергия П0 системы «тело — Земля»;
б) чему равна конечная потенциальная энергия Пк системы «тело — Земля»;
в) увеличивается или уменьшается потенциальная энергия системы «тело — Земля» при движении тела;
г) чему равна разность начальной П0 и конечной Пк потенциальных энергий системы «тело — Земля»;
д) чему равна работа силы тяжести при переводе тела из начального состояния в конечное;
е) равна ли работа силы тяжести разности начальной и конечной потенциальных энергий системы «тело — Земля»?
3 Определите изменение потенциальной энергии ∆П системы «камень — Земля» за время падения камня массой m = 5 кг с высоты h = 80 м.
4 Определите потенциальную энергию четырёх пружин автомобиля жёсткостью k = 2 кН/см каждая, удерживающих неподвижным кузов автомобиля массой m = 1 т, как показано на рис. 133. Модуль ускорения свободного падения считайте равным g = 10 м/с2.