В физике существует понятие энергия. Про энергию мы подробно и просто рассказали здесь, очень советую ознакомиться для лучшего понимания вопроса.
Традиционно, выделают несколько видов энергий: потенциальная, кинетическая, внутренняя, электромагнитная, гравитационная и другие более мудреные виды энергий. Их названия мы пока даже вспоминать не будем :)...
Хочется сразу отметить, что физика до сих пор не может до конца определиться с тем, что есть такое энергия на самом деле. Но некоторая модель всё-таки сформирована. В процессе формирования общей логики каких только теорий и не было. Вплоть до того, что существует общее энергетическое поле и энергию можно использовать в разных целях. Эта концепция весьма напоминает теорию звёздных войн с их пониманием силы.
Итак, потенциальная энергия
Сегодня мы рассмотрим потенциальную энергию. Ведь именно со знакомства с потенциальной и кинетической энергиями обычно начинается знакомство с этим понятием в курсе физики.
Потенциальная энергия - это энергия, которую имеет тело или система тела в зависимости от положения тела (системы тела) в пространстве. Понятие потенциальной энергии может быть введено только тогда, когда тело (система тела) взаимодействует с временным полем потенциальных сил.
Сказано очень мудрено, но давайте упростим!
Гораздо легче представить это, если взять в руки обычный кирпич и поднять его над землей на некоторое высоту. Вы ощущаете, что если разожмете руку, то кирпич упадет и совершит некоторую работу. Именно так и ощущается потенциальная энергия. Ну а то, что тянет кирпич вниз - и есть то самое временное поле потенциальных сил. Эту специфику процесса можно распространить на любой процесс. Скажем, электрон тоже может обладать потенциальной энергией и логика строится таким же образом.
Используя однокоренное слово можно сказать, что потенциальная энергия - это тот потенциал, который имеет тело, удерживаемое в стабильном положении.
Потенциальная энергия возникает при различных типах взаимодействия:
- гравитационное - грубо говоря, подняли над землей, вот вам и потенциал
- электрическое - взаимодействие между частичками или даже силы трения
- упругое - энергия сжатой пружины
Логика везде примерно одинаковая. Есть что-то, чему появляется противодействие, а процесс противодействия порождает накопление потенциальной энергии. Вспоминаем тот самый камень в руках :)...Остается только "щёлкнуть выключателем" и выпустить этот запас энергии. Как вода на плотине.
Потенциальная энергия, накопленная в телах, используется различными способами.
С доисторических времен использовалась потенциальная энергия упругости, накопленная в напряженной дуге - благодаря этой энергии можно бросать стрелы на большое расстояние.
Современные гидроэлектростанции преобразуют потенциальную энергию накопленной воды в электричество. Точный расчет потенциальной энергии позволяет планировать количество топлива, необходимое для размещения спутника на орбите или для поездки на Марс.
Если рассматривать систему из одного тела, то потенциальная энергия равна работе, которую вы должны сделать, чтобы переместить тело из фиксированной позиции. Поскольку, как правило, сила зависит от положения тела в пространстве, эта работа должна быть выражена в виде интеграла на кривой, вдоль которой смещается тело.
Если система тела имеет состояние устойчивого равновесия в определенной конфигурации, то для этой конфигурации потенциальная энергия системы имеет минимум.
Часто в этой конфигурации устанавливается нулевая потенциальная энергия. Представить себе этот процесс наглядно не так-то просто. Нужно сначала осознать понятие нулевого уровня. Например, если тело лежит на поверхности Земли, то его потенциальная энергия равна нулю. Для каждого рассматриваемого процесса есть такой нулевой уровень.
