ГДЗ: Параграф 59 / Физика. 7 класс

Физическая величина, характеризующая состояние тела или системы и возможность совершить работу. В рассматриваемых механических примерах энергия передаётся работой: поднятый груз, движущийся шарик и деформированная пружина способны совершать работу.

В джоулях, Дж. Работа — способ передачи энергии, и изменение энергии при соответствующем процессе равно работе, поэтому эти величины выражают в одной единице. Это не означает, что энергия состояния и работа процесса — одно и то же понятие.

В механике: кинетическая, связанная с движением (\(E_{\text{к}}=\frac{mv^2}{2}\)), и потенциальная, связанная с взаимодействиями и взаимным расположением тел или частей (\(E_{\text{п}}=mgh\) у поверхности Земли; для упругой пружины \(\frac{kx^2}{2}\)). Существуют также внутренняя, электрическая и другие формы энергии; их различают по физическому состоянию и взаимодействиям.

Движущиеся относительно Земли автомобиль, мяч, молоток обладают кинетической энергией в этой системе отсчёта. По \(E_{\text{к}}=\frac{mv^2}{2}\) при неизменной массе она станет нулевой, когда тело остановится относительно выбранной системы. При торможении энергия передаётся другим телам и переходит, например, во внутреннюю.

Поднятый над выбранным уровнем груз в системе «груз — Земля», растянутая резинка и сжатая пружина вследствие взаимодействия их частей. Значение энергии зависит от принятого нулевого уровня и конфигурации; потенциальная энергия относится к взаимодействию, а не к одному изолированному телу.

Силы взаимодействия способны совершить разную работу при разных начальных расстояниях и деформациях. Поднятый выше груз может опуститься на больший путь, а сильнее деформированная упругая пружина — совершить больше работы при возвращении к исходной форме. Работа до выбранного конечного состояния задаёт соответствующую разность потенциальных энергий.

Предложение опыта: с небольшой фиксированной высоты отпускать мягкий груз в лоток с пластилином; сравнить с тем же грузом, положенным без падения. Ожидается, что падающий груз оставит деформацию: сила совершает работу за счёт уменьшения энергии системы «груз — Земля». Повторить с двух высот при одинаковой массе и условиях. Глубина сама по себе не является точным измерителем энергии без модели деформации. Здесь дан план и объяснение, а не выдуманные измерения.

Для гравитационной энергии возле поверхности Земли \(E_{\text{п}}=mgh\): при неизменных m, g и высоте h она постоянна. Это относится к горизонтальному перемещению в практически однородном поле, а не к любой потенциальной энергии: при горизонтальном растяжении пружины её энергия меняется.

Сумму кинетической и потенциальной энергий рассматриваемой системы: \(E_{\text{мех}}=E_{\text{к}}+E_{\text{п}}\). Если тел несколько, учитывают их кинетические энергии и потенциальные энергии взаимодействий без двойного счёта каждой пары.