Физика 7 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 201

   В физике энергия — это скалярная величина, не имеющая направления (в отличие от векторных величин). Она служит универсальной мерой, объединяющей различные формы движения и взаимодействия материи: механическое движение, тепловые процессы, электромагнитные взаимодействия и т. д. Практическое значение энергии заключается в том, что она показывает, какой объём работы может выполнить тело или система тел — будь то подъём груза, нагрев вещества или генерация электричества.

   Единица измерения энергии в Международной системе единиц джоуль (Дж). Интересно, что энергия и работа измеряются в одних и тех же единицах. Причина этого кроется в самой сути понятия энергии: она определяется как способность тела или системы выполнять механическую работу. Иными словами, значение энергии показывает, какой объём работы потенциально может быть совершён.

   Существует несколько основных видов энергии — они отличаются тем, откуда берутся и как превращаются в другие формы:
   Кинетическая — это энергия движения. Чем больше масса тела и чем выше его скорость, тем больше кинетическая энергия.
   Потенциальная — энергия «запаса», которая появляется из‑за взаимодействия тел или их положения. Например, камень на вершине холма обладает потенциальной энергией.
   Внутренняя — складывается из движения частиц внутри вещества (теплового движения) и энергии их взаимодействия друг с другом.
   Электрическая — связана с движением электрических зарядов или наличием электрического поля. Именно она течёт по проводам.
   Химическая — хранится в связях между атомами. Высвобождается при химических реакциях — например, при сгорании топлива.
   Ядерная — содержится внутри атомных ядер. Выделяется при делении или слиянии ядер — как в атомных электростанциях или звёздах.

Примеры тел, обладающих кинетической энергией:
автомобиль, находящийся в движении;
птица в полёте;
мяч, катящийся по поверхности;
поток воды в речном русле;
турбина, совершающая вращательное движение.

   Для полного устранения кинетической энергии необходимо довести скорость тела до нуля, то есть полностью его остановить.

   Потенциальная энергия есть у:
   предметов, поднятых над землёй — например, камня на вершине холма или книги на полке (это гравитационная потенциальная энергия);
   тел, которые изменили форму, но могут вернуться в исходное состояние: растянутой пружины, согнутой ветки дерева или сжатой резинки;
   сжатых газов — когда газ сжат в баллоне, он «запасает» энергию, которую может высвободить;
   воды в водохранилище за плотиной — она находится на высоте и может совершить работу, падая вниз, например, вращая турбины ГЭС.

   Потенциальная энергия обусловлена взаимодействием между телами либо между частями одного тела. Её величина прямо пропорциональна интенсивности этого взаимодействия либо возможности его реализации при изменении пространственного положения объектов.
   Так, груз, поднятый над поверхностью Земли, обладает потенциальной энергией вследствие гравитационного взаимодействия с планетой, а сжатая пружина за счёт упругого взаимодействия между её витками.

Можно провести такой опыт:
Поднять камень на некоторую высоту.
Отпустить его.
Камень упадёт и, например, воткнётся в песок или создаст всплеск в воде.
Работа, совершённая камнем при падении, доказывает, что до падения он обладал запасом энергии — потенциальной энергией.

   При горизонтальном движении высота тела относительно поверхности Земли остаётся постоянной (h = const). Поскольку гравитационная потенциальная энергия определяется формулой E_p = mgh, где m масса тела, g ускорение свободного падения, а h высота, то при неизменной высоте значение E_p не изменяется. Таким образом, в условиях горизонтального перемещения потенциальная энергия тела сохраняется постоянной.

   Механическая энергия тела — это сумма его кинетической и потенциальной энергий:
E_мех = E_k + E_p

   Все три зависимости являются линейными и прямо пропорциональными. Это означает, что при изменении одного из параметров в определенное число раз, потенциальная энергия изменяется пропорционально этому изменению, при условии сохранения остальных параметров на прежнем уровне.

   Формула для расчета потенциальной энергии, E_p = mgh, демонстрирует, что при фиксированных значениях ускорения свободного падения (g) и высоты (h), потенциальная энергия тела прямо пропорциональна его массе (m). Поскольку свинец обладает значительно большей плотностью (ρ_c = 11300 кг/м³) по сравнению с мрамором (ρ_м = 2700 кг/м³), кусок свинца того же объема будет иметь большую массу. Следовательно, при прочих равных условиях, свинец будет обладать большей потенциальной энергией.