Потенциальная и кинетическая энергия что это такое?

10 ответов на вопрос “Потенциальная и кинетическая энергия что это такое?”

  1. Kiri Ответить

    Слово «энергия» в переводе с греческого означает «действие». Энергичным мы называем человека, который активно двигается, производя при этом множество разнообразных действий.

    Энергия в физике

    И если в жизни энергию человека мы можем оценивать в основном по последствиям его деятельности, то в физике энергию можно измерять и изучать множеством различных способов. Ваш бодрый друг или сосед, скорее всего, откажется повторить тридцать-пятьдесят раз одно и то же действие, когда вдруг вам взбредет на ум исследовать феномен его энергичности.
    А вот в физике вы можете повторять почти любые опыты сколь угодно много раз, производя необходимые вам исследования. Так и с изучением энергии. Ученые-исследователи изучили и обозначили множество видов энергии в физике. Это электрическая, магнитная, атомная энергия и так далее. Но сейчас мы поговорим о механической энергии. А конкретнее о кинетической и потенциальной энергии.

    Кинетическая и потенциальная энергия

    В механике изучают движение и взаимодействие тел друг с другом. Поэтому принято различать два вида механической энергии: энергию, обусловленную движением тел, или кинетическую энергию, и энергию, обусловленную взаимодействием тел, или потенциальную энергию.
    В физике существует общее правило, связывающее энергию и работу. Чтобы найти энергию тела, надо найти работу, которая необходима для перевода тела в данное состояние из нулевого, то есть такого, при котором его энергия равна нулю.

    Потенциальная энергия

    В физике потенциальной энергией называют энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. То есть, если тело поднято над землей, то оно обладает возможностью падая, произвести какую-либо работу.
    И возможная величина этой работы будет равна потенциальной энергии тела на высоте h. Для потенциальной энергии формула определяется по следующей схеме:
    A=Fs=Fт*h=mgh, или Eп=mgh,
    где Eп потенциальная энергия тела,
    m масса тела,
    h – высота тела над поверхностью земли,
    g ускорение свободного падения.
    Причем за нулевое положение тела может быть принято любое удобное нам положение в зависимости от условий проводимых опыта и измерений, не только поверхность Земли. Это может быть поверхность пола, стола и так далее.

    Кинетическая энергия

    В случае, когда тело движется под влиянием силы, оно уже не только может, но и совершает какую-то работу. В физике кинетической энергией называется энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Тело, двигаясь, расходует свою энергию и совершает работу. Для кинетической энергии формула рассчитывается следующей образом:
    A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv^2) / 2 , или Eк= (mv^2) / 2 ,
    где Eк кинетическая энергия тела,
    m масса тела,
    v скорость тела.
    Из формулы видно, что чем больше масса и скорость тела, тем выше его кинетическая энергия.
    Каждое тело обладает либо кинетической, либо потенциальной энергией, либо и той, и другой сразу, как, например, летящий самолет.
    Формула энергии в физике всегда показывает, какую работу совершает или может совершить тело. Соответственно, единицы измерения энергии такие же, как и работы джоуль (1 Дж).

    Нужна помощь в учебе?


  2. FraGmeNt Ответить

    Оказывается, что не для всех сил работу можно записать как разницу потенциальных энергий в начальной точке и конечной точке. Есть некоторые силы, которым “круто повезло”, и для работы таких сил справедливо выражение:
    Aпотенциальной силы=?(W2?W1)A_{\text{потенциальной силы}}=-(W_2-W_1)Aпотенциальной силы?=?(W2??W1?).
    Такие силы носят гордое название — потенциальная сила.
    Сила тяжести — одна из потенциальных сил. Обратите внимание, что в формуле для работы потенциальной силы — силы тяжести — участвует только начальная и конечная высота:
    Amg=?(mgh2?mgh1)=??(mgh)A_{mg}=-(mgh_2-mgh_1)=-\Delta(mgh)Amg?=?(mgh2??mgh1?)=??(mgh).
    То есть нам, получается, все равно, по какой траектории двигалось тело. Это очень удивительно: работа потенциальной силы (то есть силы, энергия которой потенциальна) — не зависит от длины и формы траектории, а зависит только от начального и конечного положения тела.
    Работа силы тяжести зависит только от начальной и конечной высоты тела.
    На рисунке ниже работа силы тяжести будет одной и той же для всех четырех траекторий: S1S_1S1?, S2S_2S2?, S3S_3S3?, S4S_4S4?.
    Оказалось, что кроме силы тяжести “потенциальностью” обладает еще и сила упругости (сила, возникающая, например, при растяжении пружинки). Не вдаваясь в подробности, просто укажем здесь, что потенциальная энергия силы упругости находится по формуле
    W=k?(?x)22W=\frac{k\cdot(\Delta x)^2}{2}W=2k?(?x)2?,
    где kkk — коэффициент жесткости (или коэффициент упругости) пружины.
    И работа силы упругости также будет равна “минус” изменению потенциальной энергии:
    AF=k?x=?(k?(?x2)22?k?(?x1)22)A_{F=k\Delta x}=-(\frac{k\cdot(\Delta x_2)^2}{2}-\frac{k\cdot(\Delta x_1)^2}{2})AF=k?x?=?(2k?(?x2?)2??2k?(?x1?)2?).
    Важно! Потенциальной энергией обладает не только растянутая, но и сжатая пружина. В формуле потенциальной энергии деформированной (сжатой/растянутой) пружины содержится деформация пружины ?x\Delta x?x:
    Wk?x=k?(?x)22W_{k\Delta x}=\frac{k\cdot(\Delta x)^2}{2}Wk?x?=2k?(?x)2?.
    Деформировать пружину можно двумя способами:
    сжав ее
    растянув ее.
    В любом случае в формуле будет стоять величина изменения размеров пружины — деформации ?x\Delta x?x.
    Еще разок.
    Работа потенциальной силы:
    не зависит от траектории, а зависит лишь от начального и конечного положения тела;
    равна “минус” изменению потенциальной энергии: Aпотенц=?(W2?W1),A_{потенц}=-(W_2-W_1){,}Aпотенц?=?(W2??W1?), где Wmg=mghW_{mg}=mghWmg?=mgh или Wk?x=k?(?x)22W_{k\Delta x}=\frac{k\cdot(\Delta x)^2}{2}Wk?x?=2k?(?x)2?.
    Всё =)
    Порешаем задачки.

  3. Starstaff Ответить

    Потенциальная и кинетическая энергия

    Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.
    Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое над Землей, потому что энергия тела зависит от взаимного положения его и Земли и их взаимного притяжения. Потенциальная энергия тела, лежащего на Земле, равна нулю. А потенциальная энергия этого тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Огромной потенциальной энергией обладает речная вода, удерживаемая плотиной. Падая вниз, она совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанций.
    Потенциальную энергию тела обозначают символом Eп.
    Так как Eп = A, то
    Eп = Fh
    или
    Eп = gmh
    Eп – потенциальная энергия; g – ускорение свободного падения, равное 9,8 Н/кг; m – масса тела, h – высота, на которую поднято тело.
    Кинетической энергией называется энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.
    Кинетическая энергия тела зависит от его скорости и массы. Например, чем больше скорость падения воды в реке и чем больше масса этой воды, тем сильнее будут вращаться турбины электростанций.
    mv2
    Ek = ——
     2
    Ek – кинетическая энергия; m – масса тела; v – скорость движения тела.
    В природе, технике, быту один вид механической энергии обычно превращается в другой: потенциальная в кинетическую и кинетическая в потенциальную.
    Например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. В качающемся маятнике периодически эти виды энергии переходят друг в друга.

  4. Rainhammer Ответить

    Если тело или система тел могут совершить работу, то они обладают энергией.
    Энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.
    Энергия обозначается буквой Е, измеряется в Джоулях (Дж).
    Механическая энергия бывает двух видов: кинетическая и потенциальная.
    Кинетической энергией называется величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости.
    Кинетическая энергия – это энергия движения. Например, кинетической энергией обладает двигающаяся машина, летящий воздушный шарик и т.д.
    Потенциальная энергия определяется положением тела по отношению к другим телам или взаимным расположением частей одного и того же тела.
    Величину, равную произведению массы тела на ускорение свободного падения и на высоту тела над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли.
    Величину, равную половине произведения коэффициента упругости на квадрат деформации, называют потенциальной энергией упруго деформированного тела.
    Например, потенциальной энергией обладает подброшенный на высоту мяч или сжатая пружина.
    Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения энергии: полная механическая энергия тела или замкнутой системы тел остаётся постоянной (если не действуют силы трения).

  5. one god Ответить

    Потенциальная энергия – это энергия, которой обладает тело благодаря своему положению по отношению к другим телам, или благодаря взаимному расположению частей одного тела.
    Стало быть сила тяготения и упругая сила являются потенциальными.
    Гравитационная потенциальная энергия: Еп = m • g • h
    Потенциальная энергия упругих тел: , где k – жёсткость пружины; х – её деформация.
    Из приведённых примеров видно, что энергию можно накопить в форме потенциальной энергии (поднять тело, сжать пружину) для последующего использования.
    В биомеханике рассматривают и учитывают два вида потенциальной энергии: обусловленную взаимным расположением звеньев тела к поверхности Земли (гравитационная потенциальная энергия); связанную с упругой деформацией элементов биомеханической системы (кости, мышцы, связки) или каких-либо внешних объектов (спортивных снарядов, инвентаря).
    Кинетическая энергия запасается в теле при движении. Движущееся тело совершает работу за счёт её убыли. Поскольку звенья тела и тело человека совершают поступательное и вращательное движения, суммарная кинетическая энергия (Ек) будет равна: , где m – масса, V – линейная скорость, J – момент инерции системы, ? – угловая скорость.
    Энергия поступает в биомеханическую систему за счёт протекания в мышцах метаболических обменных процессов. Изменение энергии, в результате которого совершается работа, не является высокоэффективным процессом в биомеханической системе, то есть не вся энергия переходит в полезную работу. Часть энергии теряется необратимо, переходя в тепло: только 25 % используется для выполнения работы, остальные 75 % преобразуются и рассеиваются в организме.
    Для биомеханической системы применяют закон сохранения энергии механического движения в форме:
    Епол = Ек + Епот + U,
    где Епол – полная механическая энергия системы; Ек – кинетическая энергия системы; Епот – потенциальная энергия системы; U – внутренняя энергия системы, представляющая в основном тепловую энергию.
    Полная энергия механического движения биомеханической системы имеет в своей основе два следующих источника энергии: метаболические реакции в организме человека и механическая энергия внешней среды (деформирующихся элементов спортивных снарядов, инвентаря, опорных поверхностей; противников при контактных взаимодействиях). Передаётся эта энергия посредством внешних сил.
    Особенностью энергопродукции в биомеханической системе является то, что одна часть энергии при движении расходуется на совершение необходимого двигательного действия, другая идёт на необратимое рассеивание запасённой энергии, третья сохраняется и используется при последующем движении. При расчёте затрачиваемой при движениях энергии и совершаемой при этом механической работы тело человека представляют в виде модели многозвеньевой биомеханической системы, аналогичной анатомическому строению. Движения отдельного звена и движения тела в целом рассматривают в виде двух более простых видов движения: поступательного и вращательного.
    Полную механическую энергию некоторого i-го звена (Епол) можно подсчитать как сумму потенциальной (Епот) и кинетической энергии (Ек). В свою очередь Ек можно представить как сумму кинетической энергии центра масс звена (Ек.ц.м.), в которой сосредоточена вся масса звена, и кинетической энергии вращения звена относительно центра масс (Ек. Вр.).
    Если известна кинематика движения звена, это общее выражение для полной энергии звена будет иметь вид: , где mi – масса i-го звена; g – ускорение свободного падения; hi – высота центра масс над некоторым нулевым уровнем (например, над поверхностью Земли в данном месте); – скорость поступательного движения центра масс; Ji – момент инерции i- го звена относительно мгновенной оси вращения, проходящей через центр масс; ? – мгновенная угловая скорость вращения относительно мгновенной оси.
    Работа по изменению полной механической энергии звена (Аi) за время работы от момента t1 до момента t2 равна разности значений энергии в конечный (Еп(t2)) и начальный (Еп(t1)) моменты движения:
    Естественно, в данном случае работа затрачивается на изменение потенциальной и кинетической энергии звена.
    Если величина работы Аi > 0, то есть энергия увеличилась, то говорят, что над звеном совершена положительная работа. Если же Аi < 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа. Режим работы по изменению энергии данного звена называется преодолевающим, если мышцы совершают положительную работу над звеном; уступающим, если мышцы совершают отрицательную работу над звеном. Положительная работа совершается, когда мышца сокращается против внешней нагрузки, идёт на разгон звеньев тела, тела в целом, спортивных снарядов и т. д. Отрицательная работа совершается, если мышцы противодействуют растяжению за счёт действия внешних сил. Это происходит при опускании груза, спуска по лестнице, противодействии силе, превышающей силу мышц (например в армрестлинге). Замечены интересные факты соотношения положительной и отрицательной работ мышц: отрицательная работа мышц экономичней положительной; предварительное выполнение отрицательной работы повышает величину и экономичность следующей за ней положительной работы. Чем больше скорость передвижения тела человека (во время легкоатлетического бега, бега на коньках, бега на лыжах и т. п.), тем большая часть работ затрачивается не на полезный результат - перемещение тела в пространстве, а на перемещение звеньев относительно ОЦМ. Поэтому при скоростных режимах основная работа тратится на разгон и торможение звеньев тела, так как с ростом скорости резко растут ускорения движения звеньев тела.

  6. Gavinrariel Ответить

    Энергия происходит от греческого слова, обозначающего «действие». Можно назвать энергичным человека, который двигается, создает определенную работу, может творить, действовать. Также энергией обладают машины, созданные людьми, живая и мертвая природа. Но это в обычной жизни. Помимо этого, есть строгая наука физика, определившая и обозначившая многие виды энергии – электрическую, магнитную, атомную и пр. Однако сейчас речь пойдет о потенциальной энергии, которую нельзя рассматривать в отрыве от кинетической.

    Кинетическая энергия

    Этой энергией, согласно представлениям механики обладают все тела, которые взаимодействуют друг с другом. И в данном случае речь идет о движении тел.

    Потенциальная энергия

    В физике данный вид энергии создается, когда происходит взаимодействие тел или частей одного тела, но при этом нет движения как такового. В этом главное отличие от кинетической энергии. К примеру, если поднять камень над землей и удержать в этом положении, он будет иметь потенциальную энергию, которая может перейти в кинетическую, если камень отпустить.
    Обычно энергию связывают с работой. То есть в данном примере отпущенный камень может произвести некоторую работу при падении. А возможная величина работы будет равна потенциальной энергии тела при определенной высоте h. Для вычисления данной энергии применяется следующая формула:
    A=Fs=Fт*h=mgh, или Eп=mgh, где:
    Eп – потенциальная энергия тела,
    m – масса тела,
    h – высота тела над поверхностью земли,
    g – ускорение свободного падения.

    Два вида потенциальной энергии

    У потенциальной энергии различается два вида:
    1. Энергия при взаимном расположении тел. Такой энергией обладает подвешенный камень. Интересно, но потенциальной энергией обладают и обычные дрова или уголь. В них содержится не окисленный углерод, который может окислиться. Если сказать проще, сгоревшие дрова потенциально могут нагреть воду.
    2. Энергия упругой деформации. Для примера здесь можно привести эластичный жгут, сжатую пружину или система «кости-мышцы-связки».
    Потенциальная и кинетическая энергия взаимосвязаны. Они могут переходит друг в друга. К примеру, если подбросить камень вверх, при движении сначала он обладает кинетической энергией. Когда он достигнет определенной точки, то на мгновение замрет и получит потенциальную энергию, а затем гравитация потянет его вниз и снова возникнет кинетическая энергия.

  10. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *