Что такое гравитационная потенциальная энергия?
Гравитационная потенциальная энергия — это энергия, которую тело запасает благодаря своему положению в поле тяжести. Поднимите книгу на полку — и вы сообщите ей потенциальную энергию; отпустите её — и эта энергия превратится в энергию движения. Наш калькулятор вычисляет потенциальную энергию по трём величинам — массе, высоте и ускорению свободного падения — и выдаёт результат в джоулях (Дж), единице энергии в системе СИ. Эта физика универсальна и не привязана к какой-либо отдельной стране.
Формула
Энергия рассчитывается так:
- $$E_{\text{п}} = m \cdot g \cdot h$$
- \(m\) — масса тела в килограммах (кг)
- \(g\) — ускорение свободного падения в метрах на секунду в квадрате (м/с²)
- \(h\) — высота над уровнем отсчёта в метрах (м)
У поверхности Земли значение g составляет примерно 9,81 м/с². На Луне оно около 1,62 м/с², а на Марсе — порядка 3,72 м/с². Поэтому одно и то же тело запасает на разных планетах разное количество потенциальной энергии.
Как пользоваться калькулятором
- Укажите массу тела в килограммах.
- Укажите высоту в метрах, отсчитывая от выбранного вами нулевого уровня (обычно это поверхность земли).
- Введите значение \(g\) или оставьте земное значение по умолчанию — 9,81 м/с².
- Считайте результат — потенциальную энергию в джоулях.
Помните: высота всегда относительна — где находится «ноль», решаете вы сами. Одно и то же тело может обладать разной потенциальной энергией в зависимости от того, отсчитываете ли вы высоту от пола или от подвала.
Разбор примера
Допустим, учебник массой 2 кг лежит на полке на высоте 1,8 м над полом на Земле:
- $$E_{\text{п}} = m \cdot g \cdot h = 2 \times 9{,}81 \times 1{,}8$$
- $$E_{\text{п}} = 35{,}32 \text{ джоуля}$$
Эти 35,3 Дж высвободились бы в виде кинетической энергии, если бы книга упала на пол.
Часто задаваемые вопросы
Может ли потенциальная энергия быть отрицательной? Да, если тело находится ниже выбранного вами уровня отсчёта. Физический смысл имеют только разности потенциальной энергии, поэтому знак просто показывает, в какую сторону будет двигаться тело.
Что происходит с энергией, когда тело падает? Она переходит в кинетическую энергию (\(\tfrac{1}{2}mv^2\)). Если пренебречь сопротивлением воздуха, вся потенциальная энергия в момент удара превращается в энергию движения.
Почему берут 9,81, а не 10? 9,81 м/с² — это принятое среднее значение ускорения свободного падения у поверхности Земли. Использование 10 — это быстрое приближение, дающее погрешность около 2%.
