Любое тело на Земле, имеющее вес, обладает энергией. Предмет располагает ею не только при наличии скорости движения, но и при ее отсутствии. Как это получается, в чем кинетическая энергия отличается от потенциальной, что они из себя представляют и есть ли связь между ними?
Физические тела на нашей планете пребывают в двух состояниях: покоя и движения. Каждое из этих положений характеризуется противоположными видами механической энергии: в первом случае – потенциальной, во втором случае – кинетической. Ее расход необходим при совершении работы по перемещению объекта в пространстве. В международной системе СИ единицей измерения признан Джоуль, сокращенно Дж.
Состояние покоя
Для понимания, чем кинетическая энергия отличается от потенциальной, определимся с сущностью каждой из них. Потенциальная энергия определяется расположением тел и его составляющих относительно друг друга. Она проявляется при влиянии силы тяжести или упругости на какое-либо физическое тело. В формуле выражается так:
- En=m·g·h
Кинетическая энергия увеличивается с ростом веса тела и высоты предмета относительно наблюдаемой системы отсчета, которой чаще всего выступает Земля.
При нахождении тела над землей потенциальная энергия будет положительной (при отрицательной работе силы тяжести), а при падении тела - отрицательной (при отрицательной работе силы тяжести). В горизонтальном направлении она наблюдается при рассмотрении силы упругости, появляющейся при распрямлении пружины. Примерами тел, обладающих ею, являются любые поднятые над землей объекты: яблоко, мяч, бетонная плита. По значению равна силе тяжести или упругости с противоположным знаком.
Состояние движения
Для детального пояснения, чем потенциальная энергия отличается от кинетической, обозначим природу тел в состоянии движения. Кинетическая энергия появляется у физического тела в результате движения. При поступательном движении формула ее нахождения выглядит так:
- Ek=m·v2/2.
Это свидетельствует о присутствии зависимости от скорости движения и массы тела. При скорости, равной 0 (что соответствует состоянию покоя), ее значение будет составлять 0. Она тождественно равна работе, совершаемой при движении тела.
Помимо поступательного движения, существует вращательный тип передвижения, при котором работа определяется моментом инерции и угловой скоростью.
Объект может обладать кинетической энергией при пребывании на Земле в положении покоя, если в качестве системы отсчета взят другой объект Солнечной системы вместо Земли (Луна, Солнце).
Примерами тел с кинетической энергией являются перемещающиеся транспортные средства, любое катящееся физическое тело.
Одновременное сосуществование двух сил
Значения кинетической и потенциальной энергии для некоторых тел одновременно могут быть ненулевыми.
В целом можно проследить переход из одной в другую и наоборот. Например, мальчик отпускает мяч сверху вниз. В момент покоя над землей в руках мальчика кинетическая энергия равняется 0, а потенциальная энергия имеет максимальное значение по модулю, так как движение полностью отсутствует. При падении в самой нижней точке около земли, перед ударом, их значения поменяются на противоположные.
Летающие стрелы, маятники, падающая с плотины вода выступают наглядными примерами сосуществования двух сил.
Ключевое отличие между силами покоя и движения
Между определениями кинетической и потенциальной энергии существует разница, и она заключается в сущности самих разновидностей механических сил. Потенциальная энергия характеризует нереализованную сторону предмета в состоянии покоя, а кинетическая энергия описывает предмет в состоянии движения.
Согласно закону сохранения энергии, эти две силы, характеризующие состояние физического предмета, никуда не исчезают, а попеременно переходят из одной в другую. Это и является объяснением того, чем кинетическая энергия отличается от потенциальной.