شکلی از انرژی پتانسیل. انرژی های جنبشی و بالقوه

هر بدنی همیشه انرژی دارد. در حضور حرکت، این واضح است: سرعت یا شتاب وجود دارد، که ضرب در جرم، نتیجه مطلوب را می دهد. با این حال، در موردی که بدن بی حرکت است، به طور متناقض، می توان آن را دارای انرژی نیز دانست.

بنابراین، در حین حرکت، پتانسیل - در هنگام تعامل چندین بدن به وجود می آید. اگر در مورد اول همه چیز کم و بیش آشکار باشد، اغلب نیرویی که بین دو جسم بی حرکت ایجاد می شود فراتر از درک باقی می ماند.

به خوبی شناخته شده است که سیاره زمین بر تمام اجسام واقع در سطح خود تأثیر می گذارد، زیرا هر جسمی را با نیروی خاصی جذب می کند. هنگامی که یک جسم حرکت می کند یا ارتفاع آن تغییر می کند، نشانگرهای انرژی نیز تغییر می کنند. بلافاصله در لحظه بلند شدن، بدن دارای شتاب است. با این حال، در بالاترین نقطه خود، هنگامی که یک جسم (حتی برای یک کسری از ثانیه) بی حرکت است، دارای انرژی پتانسیل است. تمام نکته این است که هنوز توسط میدان زمین که جسم مورد نظر با آن تعامل دارد به سمت خود کشیده می شود.

به بیان دیگر، انرژی پتانسیلهمیشه به دلیل تعامل چندین شی که یک سیستم را تشکیل می دهند، صرف نظر از اندازه خود اشیاء بوجود می آید. علاوه بر این، به طور پیش فرض یکی از آنها توسط سیاره ما نشان داده شده است.

انرژی بالقوه کمیتی است که به جرم یک جسم و ارتفاعی که به آن بالا رفته بستگی دارد. نامگذاری بین المللی - حروف لاتین Ep. به شرح زیر است:

جایی که m جرم است، g شتاب h ارتفاع است.

مهم است که پارامتر ارتفاع را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید، زیرا اغلب در هنگام حل مشکلات و درک معنای مقدار مورد نظر باعث ایجاد مشکلات می شود. واقعیت این است که هر حرکت عمودی بدن نقطه شروع و پایان خاص خود را دارد. برای یافتن صحیح انرژی پتانسیل تعامل بین اجسام، دانستن ارتفاع اولیه مهم است. اگر مشخص نشده باشد، مقدار آن صفر است، یعنی با سطح زمین منطبق است. اگر هم نقطه مرجع اولیه و هم ارتفاع نهایی مشخص باشد، باید تفاوت بین آنها را پیدا کرد. عدد حاصل به h مورد نظر تبدیل می شود.

همچنین توجه به این نکته مهم است که انرژی پتانسیل یک سیستم می تواند منفی باشد. فرض کنید بدن را از سطح زمین بالاتر برده ایم، بنابراین ارتفاعی دارد که آن را اولیه می نامیم. وقتی پایین می آید، فرمول به شکل زیر خواهد بود:

بدیهی است که h1 بزرگتر از h2 است، بنابراین مقدار منفی خواهد بود که به کل فرمول علامت منفی می دهد.

جالب است که انرژی پتانسیل بالاتر است، هر چه بدن از سطح زمین دورتر باشد. برای درک بهتر این واقعیت، اجازه دهید فکر کنیم: هر چه بدن باید بالاتر از زمین بلند شود، کار با دقت بیشتری انجام می شود. هر چه کار انجام شده توسط هر نیرویی بالاتر باشد، به طور نسبی انرژی بیشتری سرمایه گذاری می شود. انرژی بالقوه، به عبارت دیگر، انرژی امکان است.

به روشی مشابه، می توانید انرژی برهمکنش بین اجسام را هنگامی که یک جسم کشیده می شود اندازه گیری کنید.

در چارچوب موضوع مورد بررسی، لازم است به طور جداگانه در مورد تعامل یک ذره باردار و میدان الکتریکی. در چنین سیستمی انرژی بار بالقوه وجود خواهد داشت. بیایید این واقعیت را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. هر باری که در میدان الکتریکی قرار می گیرد، تحت تأثیر همان نیرو قرار می گیرد. ذره به دلیل کار تولید شده توسط این نیرو حرکت می کند. با توجه به اینکه خود بار و (به طور دقیق تر، جسمی که آن را ایجاد کرده است) یک سیستم هستند، انرژی پتانسیل حرکت بار را در یک میدان مشخص نیز بدست می آوریم. از آنجایی که این نوع انرژی است یک مورد خاص، نام الکترواستاتیک داده شد.

یکی از ویژگی های هر سیستم انرژی جنبشی و پتانسیل آن است. اگر هر نیروی F بر جسمی در حال سکون تأثیر بگذارد به گونه ای که دومی به حرکت درآید، آنگاه کار dA انجام می شود. در این حالت، مقدار انرژی جنبشی dT بیشتر می شود، کار بیشتر انجام می شود. به عبارت دیگر، می توانیم برابری را بنویسیم:

با در نظر گرفتن مسیر dR پیموده شده توسط بدن و سرعت dV توسعه یافته، از مسیر دوم برای نیرو استفاده خواهیم کرد:

نکته مهم: اگر چارچوب مرجع اینرسی گرفته شود می توان از این قانون استفاده کرد. انتخاب سیستم بر ارزش انرژی تأثیر می گذارد. در سطح بین المللی، انرژی با ژول (J) اندازه گیری می شود.

بنابراین یک ذره یا جسمی که با سرعت حرکت V و جرم m مشخص می شود، خواهد بود:

T = ((V * V)*m) / 2

می‌توان نتیجه گرفت که انرژی جنبشی با سرعت و جرم تعیین می‌شود و در واقع تابعی از حرکت را نشان می‌دهد.

انرژی جنبشی و پتانسیل به توصیف وضعیت بدن کمک می کند. اگر اولی، همانطور که قبلاً ذکر شد، مستقیماً با حرکت مرتبط باشد، دومی به سیستمی از اجسام متقابل اعمال می شود. جنبشی و معمولاً برای مثال هایی در نظر گرفته می شوند که نیروی اتصال اجسام به آن بستگی ندارد در این حالت فقط موقعیت اولیه و نهایی مهم است. اکثر مثال معروف- برهم کنش گرانشی اما اگر مسیر حرکت نیز مهم باشد، نیرو اتلاف کننده (اصطکاک) است.

به زبان ساده، انرژی پتانسیل توانایی انجام کار است. بر این اساس، می توان این انرژی را در قالب کاری در نظر گرفت که برای جابجایی جسم از نقطه ای به نقطه دیگر باید انجام شود. به این معنا که:

اگر انرژی پتانسیل با dP نشان داده شود، به دست می آید:

معنی منفینشان می دهد که کار به دلیل کاهش dP در حال انجام است. برای یک تابع شناخته شده dP، می توان نه تنها مقدار نیروی F، بلکه بردار جهت آن را نیز تعیین کرد.

تغییر در انرژی جنبشی همیشه با انرژی پتانسیل مرتبط است. اگر سیستم ها را به خاطر بسپارید به راحتی قابل درک است. مقدار کل T+dP هنگام حرکت بدنه همیشه بدون تغییر باقی می ماند. بنابراین، یک تغییر در T همیشه به موازات تغییر در dP رخ می دهد، آنها به نظر می رسند که به یکدیگر تبدیل می شوند.

از آنجایی که انرژی جنبشی و پتانسیل به هم مرتبط هستند، مجموع آنها نشان دهنده کل انرژی سیستم مورد بررسی است. در رابطه با مولکول ها، تا زمانی که حداقل حرکت حرارتی و برهم کنش وجود داشته باشد، همیشه وجود دارد و هست.

هنگام انجام محاسبات، یک سیستم مرجع و هر لحظه دلخواه که به عنوان ممان اولیه در نظر گرفته می شود، انتخاب می شود. تعیین دقیق مقدار انرژی پتانسیل فقط در ناحیه عمل چنین نیروهایی امکان پذیر است که هنگام انجام کار به مسیر حرکت هیچ ذره یا جسمی بستگی نداشته باشد. در فیزیک به چنین نیروهایی محافظه کار می گویند. آنها همیشه با قانون بقای انرژی کل در ارتباط هستند.

نکته جالب: در شرایطی که تأثیرات خارجی حداقل یا کم‌رنگ است، هر سیستم مورد مطالعه همیشه به حالتی تمایل دارد که انرژی پتانسیل آن به صفر می‌رسد. به عنوان مثال، یک توپ پرتاب شده در نقطه بالای مسیر به مرز انرژی پتانسیل خود می رسد، اما در همان لحظه شروع به حرکت به سمت پایین می کند و انرژی انباشته شده را به حرکت تبدیل می کند و به کار انجام شده تبدیل می کند. شایان ذکر است که برای انرژی پتانسیل همیشه حداقل دو جسم متقابل وجود دارد: به عنوان مثال، در مثال با توپ، تحت تأثیر گرانش سیاره است. انرژی جنبشی را می توان به صورت جداگانه برای هر جسم متحرک محاسبه کرد.

برای به حرکت درآوردن هر جسمی، یک پیش نیاز است اثر هنری. در عین حال برای انجام این کار نیاز به صرف انرژی است.

انرژی بدن را از نقطه نظر توانایی آن در تولید کار مشخص می کند. واحد انرژی است ژول، به اختصار [J].

انرژی کل هر سیستم مکانیکی معادل مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی است. بنابراین مرسوم است که انرژی پتانسیل و جنبشی را به عنوان انواع انرژی مکانیکی تشخیص دهیم.

اگر ما در مورد سیستم های بیومکانیکی صحبت می کنیم، انرژی کل چنین سیستم هایی علاوه بر این شامل حرارت و انرژی فرآیندهای متابولیک است.

در سیستم های مجزای اجسام، زمانی که فقط گرانش و کشش بر آنها اثر می گذارد، مقدار انرژی کل ثابت است. این عبارت قانون بقای انرژی است.

هر دو نوع انرژی مکانیکی چیست؟

در مورد انرژی بالقوه

انرژی بالقوه انرژی است که توسط موقعیت نسبی اجسام یا اجزای این اجسام در تعامل با یکدیگر تعیین می شود. به عبارت دیگر، این انرژی تعیین می شود فاصله بین بدن ها.

به عنوان مثال، هنگامی که جسمی به پایین می افتد و اجسام اطراف را در مسیر سقوط به حرکت در می آورد، نیروی گرانش کار مثبت ایجاد می کند. و برعکس، در مورد بالا بردن بدن به سمت بالا، می توان از تولید کار منفی صحبت کرد.

در نتیجه، هر جسم زمانی که در فاصله معینی از سطح زمین قرار گیرد، دارای انرژی پتانسیل است. هر چه قد و وزن بدن بیشتر باشد، ارزش بیشترکار انجام شده توسط بدن در عین حال، در مثال اول، هنگامی که جسمی به پایین می افتد، انرژی پتانسیل منفی خواهد بود و هنگامی که بالا می رود، انرژی پتانسیل مثبت است.

این با برابری کار گرانش در ارزش توضیح داده می شود، اما علامت مخالف تغییر در انرژی پتانسیل است.

همچنین، نمونه ای از ظهور انرژی برهمکنش می تواند جسمی در معرض تغییر شکل الاستیک باشد - فنر فشرده: هنگام صاف کردن، کار توسط نیروی کشسان انجام می شود. اینجا ما در مورددر مورد عملکرد کار به دلیل تغییر مکان اجزای بدن نسبت به یکدیگر در هنگام تغییر شکل الاستیک.

برای خلاصه کردن اطلاعات، توجه می کنیم که مطلقاً هر جسمی که تحت تأثیر گرانش یا کشش قرار می گیرد، انرژی یک اختلاف پتانسیل خواهد داشت.

در مورد انرژی جنبشی

انرژی جنبشی انرژی است که اجسام در نتیجه آن شروع به داشتن آن می کنند فرآیند حرکت. بر این اساس انرژی جنبشی اجسام در حال سکون برابر با صفر است.

مقدار این انرژی معادل مقدار کاری است که باید انجام شود تا بدن از حالت استراحت خارج شود و در نتیجه به حرکت درآید. به عبارت دیگر، انرژی جنبشی را می توان به عنوان تفاوت بین بیان کرد انرژی کاملو انرژی آرامش بخش

کار انتقالی که توسط یک جسم متحرک انجام می شود مستقیماً به مجذور جرم و سرعت بستگی دارد. کار حرکت چرخشی به ممان اینرسی و مجذور سرعت زاویه ای بستگی دارد.

انرژی کل اجسام متحرک شامل هر دو نوع کار انجام شده بر اساس عبارت زیر است: . ویژگی های اصلی انرژی جنبشی:

• افزودنی- انرژی جنبشی را انرژی یک سیستم متشکل از مجموعه ای از نقاط مادی و برابر با کل انرژی جنبشی هر نقطه از این سیستم تعریف می کند.
• تغییر ناپذیرینسبت به چرخش سیستم مرجع - انرژی جنبشی مستقل از موقعیت و جهت سرعت نقطه است.
• حفظ- مشخصه نشان می دهد که انرژی جنبشی سیستم ها در طول هر گونه فعل و انفعالات بدون تغییر است، در مواردی که فقط ویژگی های مکانیکی تغییر می کند.

نمونه هایی از اجسام با پتانسیل و انرژی جنبشی

تمام اجسامی که در فاصله ای از سطح زمین در حالت ایستا قرار دارند، قادر به داشتن انرژی پتانسیل هستند. به عنوان مثال، این دال بتنی بلند شده توسط جرثقیل، که در حالت ساکن، یک فنر شارژ شده است.

چیزهای متحرک دارای انرژی جنبشی هستند وسايل نقليهو همچنین، به طور کلی، هر شی نورد.

در عین حال، در طبیعت، زندگی روزمره و فناوری، انرژی پتانسیل می تواند به انرژی جنبشی، و انرژی جنبشی، برعکس، به انرژی بالقوه تبدیل شود.

توپکه از نقطه معینی در ارتفاع پرتاب می شود: در بالاترین موقعیت، انرژی پتانسیل توپ حداکثر است و مقدار انرژی جنبشی صفر است، زیرا توپ حرکت نمی کند و در حالت استراحت است. با کاهش ارتفاع، انرژی پتانسیل به تدریج کاهش می یابد. وقتی توپ به سطح زمین می رسد، غلت می زند. V این لحظهانرژی جنبشی افزایش می یابد و انرژی پتانسیل صفر خواهد بود.

برخی از اجسام می توانند هر دو نوع انرژی مکانیکی را همزمان داشته باشند. به عنوان مثال، بیایید آبی را در نظر بگیریم که از یک سد، آونگ ها و فلش های پرنده به پایین می افتد.

نتیجه گیری - تفاوت بین انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل چیست؟

به طور خلاصه، توجه می کنیم که هر دو انرژی هستند انواع انرژی مکانیکی. تفاوت اصلی آنها: انرژی پتانسیل انرژی اجسام متقابل واقع در فاصله است و انرژی جنبشی انرژی حرکت این اجسام است.

25.12.2014

درس 32 (پایه دهم)

موضوع. انرژی پتانسیل

1. کار جاذبه

بیایید کار را محاسبه کنیم، این بار نه از قانون دوم نیوتن، بلکه بیانی صریح برای نیروهای برهمکنش بین اجسام بسته به فواصل بین آنها استفاده می کنیم. این به ما امکان می دهد مفهوم انرژی پتانسیل را معرفی کنیم - انرژی که به سرعت اجسام بستگی ندارد، بلکه به فواصل بین اجسام (یا به فواصل بین قسمت های همان بدن) بستگی دارد.
ابتدا کار را محاسبه می کنیم جاذبه زمینوقتی یک بدن (مثلاً یک سنگ) به صورت عمودی به پایین می افتد. در لحظه اول جسد در ارتفاع بود h 1بالای سطح زمین، و در آخرین لحظه زمان - در ارتفاع h 2 (شکل 6.5). ماژول حرکت بدن

جهت بردارهای گرانش و جابجایی منطبق هستند. با توجه به تعریف کار (نگاه کنید به فرمول (6.2)) داریم

اکنون اجازه دهید بدن از نقطه ای که در ارتفاع قرار دارد به صورت عمودی به سمت بالا پرتاب شود ساعت 1،بالای سطح زمین بود و به ارتفاع رسید h 2 (شکل 6.6). بردارها و در جهت مخالف هستند و ماژول جابجایی . کار گرانش را به صورت زیر می نویسیم:

اگر جسمی در یک خط مستقیم حرکت کند به طوری که جهت حرکت با جهت گرانش زاویه ایجاد کند. شکل 6.7، سپس کار انجام شده توسط گرانش به صورت زیر است:

از مثلث قائم الزاویه BCDواضح است که . از این رو،

فرمول های (6.12)، (6.13)، (6.14) این امکان را فراهم می کند که به یک نظم مهم توجه کنید. هنگامی که جسمی در یک خط مستقیم حرکت می کند، کار انجام شده توسط گرانش در هر مورد برابر است با اختلاف بین دو مقدار کمیتی که به موقعیت بدن در لحظه های اولیه و نهایی زمان بستگی دارد. این موقعیت ها توسط ارتفاعات تعیین می شود h 1و h 2اجسام بالای سطح زمین
علاوه بر این، کار توسط گرانش هنگام حرکت یک جسم جرم انجام می شود متراز یک موقعیت به موقعیت دیگر به شکل مسیری که بدن در امتداد آن حرکت می کند بستگی ندارد. در واقع، اگر جسمی در امتداد یک منحنی حرکت کند آفتاب (شکل 6.8سپس با ارائه این منحنی به صورت یک خط پلکانی متشکل از بخشهای عمودی و افقی با طول کوتاه، می بینیم که در مقاطع افقی کار گرانش صفر است، زیرا نیرو بر جابجایی عمود است و مجموع آن کار در مقاطع عمودی برابر است با نیروی گرانش کار انجام شده در هنگام حرکت یک جسم در طول یک بخش عمودی طول. h 1 -h 2.

بنابراین، کار انجام شده هنگام حرکت در امتداد یک منحنی است آفتاببرابر است با:

وقتی جسمی در امتداد یک مسیر بسته حرکت می کند، کار انجام شده توسط گرانش صفر است.در واقع اجازه دهید بدن در امتداد یک کانتور بسته حرکت کند VSDMV (شکل 6.9). در سایت ها آفتابو DMنیروی گرانش کاری را انجام می دهد که از نظر قدر مطلق برابر است، اما در علامت مخالف است. مجموع این آثار صفر است. در نتیجه، کار انجام شده توسط گرانش روی کل حلقه بسته نیز صفر است.

نیروهایی با چنین ویژگی هایی نامیده می شوند محافظه کار.
بنابراین، کار گرانش به شکل مسیر حرکت بدن بستگی ندارد. تنها با موقعیت های اولیه و نهایی بدن تعیین می شود. وقتی جسمی در یک مسیر بسته حرکت می کند، کار انجام شده توسط گرانش صفر است.

2. کار نیروی الاستیک

مانند گرانش، نیروی الاستیک نیز محافظه کار است. برای تأیید این موضوع، بیایید کار انجام شده توسط فنر هنگام جابجایی بار را محاسبه کنیم.
شکل 6.10a فنری را نشان می دهد که در آن یک سر آن ثابت و یک توپ به سر دیگر آن متصل است. اگر فنر کشیده شود، آنگاه با نیرویی روی توپ وارد می شود ( شکل 6.10، ب) به سمت موقعیت تعادل توپ هدایت می شود که در آن فنر تغییر شکل نمی دهد. کشیدگی اولیه چشمه . اجازه دهید کار انجام شده توسط نیروی کشسان را هنگام حرکت یک توپ از یک نقطه با مختصات محاسبه کنیم x 1به نقطه با مختصات x 2. از شکل 6.10، c واضح است که ماژول جابجایی برابر است با:

کشیدگی نهایی چشمه کجاست.

محاسبه کار نیروی الاستیک با استفاده از فرمول (6.2) غیرممکن است، زیرا این فرمول فقط برای یک نیروی ثابت معتبر است و نیروی الاستیک با تغییر تغییر شکل فنر ثابت نمی ماند. برای محاسبه کار نیروی کشسان، از نمودار وابستگی مدول نیروی کشسان به مختصات توپ استفاده می کنیم. شکل 6.11).

در یک مقدار ثابت پیش بینی نیرو بر روی جابجایی نقطه اعمال نیرو، کار آن را می توان از نمودار وابستگی تعیین کرد. F xاز جانب ایکسو اینکه این کار از نظر عددی برابر با مساحت مستطیل است. با وابستگی خودسرانه F xاز جانب ایکسبا تقسیم جابجایی به قطعات کوچک که در هر یک از آنها می توان نیرو را ثابت در نظر گرفت، خواهیم دید که کار از نظر عددی برابر با مساحت ذوزنقه خواهد بود.
در مثال ما، کار انجام شده توسط نیروی الاستیک بر روی حرکت نقطه اعمال آن از نظر عددی برابر با مساحت ذوزنقه است. BCDM. از این رو،

طبق قانون هوک و . با جایگزینی این عبارات به جای نیروها در معادله (6.17) و با در نظر گرفتن آن، بدست می آوریم

یا در نهایت

موردی را در نظر گرفتیم که جهات نیروی کشسان و جابجایی جسم با هم منطبق باشد: . اما می توان کار نیروی کشسان را زمانی یافت که جهت آن خلاف حرکت بدن باشد یا با آن زاویه دلخواه ایجاد کند و همچنین هنگامی که بدن در امتداد منحنی شکل دلخواه حرکت می کند.
در تمام این موارد، حرکات بدن تحت تأثیر نیروهای الاستیکما به همان فرمول برای کار می رسیم (6.18). کار نیروهای کشسان فقط به تغییر شکل فنر در هر دو حالت اولیه و نهایی بستگی دارد.
بنابراین، کار نیروی الاستیک به شکل مسیر بستگی ندارد و مانند گرانش، نیروی کشسان محافظه کار است.

3. انرژی پتانسیل

با استفاده از قانون دوم نیوتن، که در مورد یک جسم متحرک، کار نیروهای با هر ماهیت را می توان به عنوان تفاوت بین دو مقدار با کمیت معین بسته به سرعت جسم - تفاوت بین مقادیر نشان داد. انرژی جنبشی بدن در لحظات پایانی و اولیه زمان:

اگر نیروهای برهمکنش بین اجسام محافظه کار باشند، با استفاده از عبارات صریح برای نیروها، نشان داده‌ایم که کار این نیروها بسته به موقعیت نسبی، می‌تواند به عنوان تفاوت بین دو مقدار یک کمیت معین نیز نمایش داده شود. اجسام (یا اجزای یک بدن):

اینجا ارتفاعات است h 1و h 2تعیین موقعیت نسبی جسم و زمین و ازدیاد طول ها و تعیین موقعیت نسبی پیچ های فنر تغییر شکل یافته (یا مقادیر تغییر شکل های فنر دیگر). بدنه الاستیک).
مقداری برابر با حاصلضرب جرم بدن متربه شتاب سقوط آزاد gو به ارتفاع ساعتاجسام بالای سطح زمین نامیده می شوند انرژی پتانسیل تعامل بین بدن و زمین(از کلمه لاتین "قدرت" - موقعیت، فرصت).
اجازه دهید موافقت کنیم که انرژی پتانسیل را با حرف نشان دهیم E p:

مقداری برابر با نصف حاصلضرب ضریب کشش کبدن در هر مربع تغییر شکل نامیده می شود انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل الاستیک:

در هر دو مورد، انرژی پتانسیل با محل قرارگیری اجسام سیستم یا قسمت‌هایی از یک بدن نسبت به یکدیگر تعیین می‌شود.
با معرفی مفهوم انرژی پتانسیل، ما قادریم کار هر نیروی محافظه کار را از طریق تغییر در انرژی پتانسیل بیان کنیم. تغییر در یک کمیت به عنوان تفاوت بین مقادیر نهایی و اولیه آن درک می شود، بنابراین .
بنابراین، هر دو معادله (6.20) را می توان به صورت زیر نوشت:

جایی که .
تغییر در انرژی پتانسیل بدن برابر با کار انجام شده توسط نیروی محافظه کار است که با علامت مخالف گرفته می شود.
این فرمول به شما اجازه می دهد که بدهید تعریف کلیانرژی پتانسیل.
انرژی پتانسیلسیستم کمیتی است وابسته به موقعیت اجسام، تغییری که در طی انتقال سیستم از حالت اولیه به حالت نهایی برابر است با کار نیروهای محافظ داخلی سیستم که با علامت مخالف گرفته می شود.
علامت "-" در فرمول (6.23) به این معنی نیست که کار نیروهای محافظه کار همیشه منفی است. فقط به این معنی است که تغییر انرژی پتانسیل و کار نیروها در سیستم همیشه دارای علائم مخالف است.
به عنوان مثال، هنگامی که یک سنگ به زمین می افتد، انرژی بالقوه آن کاهش می یابد، اما گرانش کار مثبت می کند. آ> 0). از این رو، آو مطابق فرمول (6.23) دارای علائم متضاد هستند.
سطح صفر انرژی پتانسیلبا توجه به معادله (6.23)، کار نیروهای برهمکنش محافظه کارانه نه خود انرژی پتانسیل، بلکه تغییر آن را تعیین می کند.
از آنجایی که کار فقط تغییر در انرژی پتانسیل را تعیین می کند، پس فقط تغییر انرژی در مکانیک معنای فیزیکی دارد. بنابراین، شما می توانید خودسرانه انتخاب کنیدحالت یک سیستم که در آن انرژی پتانسیل آن است شمارش می کندبرابر با صفر این حالت مربوط به سطح صفر انرژی پتانسیل است. هیچ پدیده ای در طبیعت یا فناوری با ارزش خود انرژی پتانسیل تعیین نمی شود. آنچه مهم است تفاوت بین مقادیر انرژی پتانسیل در نهایی و حالات اولیهسیستم های تلفن
انتخاب سطح صفر به روش های مختلفی انجام می شود و صرفاً با ملاحظات راحتی، یعنی سادگی نوشتن معادله بیان کننده قانون بقای انرژی، دیکته می شود.
به طور معمول، وضعیت سیستم با حداقل انرژی به عنوان حالت با انرژی پتانسیل صفر انتخاب می شود. سپس انرژی پتانسیل همیشه مثبت یا برابر با صفر است.
بنابراین، انرژی پتانسیل سیستم "جسم - زمین" کمیتی است که به موقعیت جسم نسبت به زمین بستگی دارد، برابر با کار یک نیروی محافظه کار هنگام حرکت یک جسم از نقطه ای که در آن قرار دارد به سمت زمین. نقطه مربوط به سطح صفر انرژی پتانسیل سیستم.
برای یک فنر، انرژی پتانسیل در غیاب تغییر شکل حداقل است، و برای سیستم "سنگ-زمین" - زمانی که سنگ روی سطح زمین قرار دارد. بنابراین، در مورد اول، و در مورد دوم. اما به این عبارات می توانید هر کدام را اضافه کنید مقدار ثابت سی، و چیزی را تغییر نخواهد داد. می توان فرض کرد که .
اگر در مورد دوم قرار دهیم، این بدان معناست که سطح انرژی صفر سیستم "سنگ-زمین" انرژی مربوط به موقعیت سنگ در ارتفاع در نظر گرفته می شود. h 0بالای سطح زمین
یک سیستم مجزا از اجسام به حالتی تمایل دارد که در آن انرژی پتانسیل آن حداقل است.
اگر جسد را نگیری، روی زمین می افتد ( ساعت=0)؛ اگر فنر کشیده یا فشرده را رها کنید، به حالت تغییر شکل نیافته خود باز می گردد.
اگر نیروها فقط به فواصل بین بدنه های سیستم بستگی داشته باشند، کار این نیروها به شکل مسیر بستگی ندارد. بنابراین، کار را می توان به عنوان تفاوت بین مقادیر یک تابع معین به نام انرژی پتانسیل در حالت نهایی و اولیه سیستم نشان داد. مقدار انرژی پتانسیل سیستم به طبیعت بستگی دارد نیروهای فعال، و برای تعیین آن باید سطح مرجع صفر را نشان داد.