Из предыдущего примера мы можем сделать несколько выводов. Первый в том, что понятие потенциальной энергии связано с понятием силы. В самом деле, чтобы объект обладал потенциальной энергией, необходимо, чтобы он мог достичь энергии кинетической, то есть он должен быть способен приобрести ускорение. А где ускорение, там и сила, что приводит нас к выражению F^>→; = ma^>→;.

Таким образом, своим существованием потенциальная энергия в предыдущем примере обязана силе тяжести, ее называют потенциальной энергией силы тяжести.

С другой стороны, в предыдущем примере мы констатируем, что энергия мяча сохранилась во время его движения. Сохранение энергии – важная идея физики, но ее надо рассматривать с осторожностью. В этом мы убедимся в следующем параграфе.

Энергия сохраняется не всегда

Поскольку энергия содержит всю настоящую и будущую кинетическую энергию, нам хочется сказать, что энергия объекта всегда сохраняется: если объект приобретает кинетическую энергию, значит, часть его потенциальной энергии реализовалась в форме кинетической.

Проблема в том, что потенциальная энергия зависит от силы, действующей на объект, однако сила эта может измениться, если изменится окружающая среда. Энергия объекта сразу изменится тоже.

Приведем пример: возьмем отрицательно заряженный шар, который лежит на земле. Его кинетическая энергия равна нулю, а в отсутствие других заряженных объектов его потенциальная электростатическая энергия также равна нулю (шар не может приобрести скорость таким путем). Теперь поднесем к нему отрицательно заряженную линейку: наш шар внезапно обретает потенциальную энергию, потому что приобретет ускорение из-за отталкивания разных зарядов. Одним словом, шар приобрел энергию просто потому, что его окружение изменилось.

Таким образом, сохранение энергии объекта существует только тогда, когда окружающее его пространство остается неизменным. Так было с мячом, который бросили с крыши дома. Земля, которая его притягивала, оставалась неизменной.

Пример с двумя заряженными шарами

Чтобы все уточнить, разберем другой пример. Для этого возьмем два одинаково заряженных шара с одинаковой массой, которые толкнем навстречу друг другу. Шар слева будет темным, а шар справа светлым.

• Опыт 1 (➙ рис. 7.2.а): два шара, расположенные на большом расстоянии друг от друга, катятся навстречу друг другу с одинаковой скоростью. На них действует одинаковая сила (принцип взаимодействия), а значит, у них одинаковое ускорение (одинаковая масса). Из-за отталкивания одинаковых зарядов шары затормозят, одновременно остановятся и покатятся в противоположные стороны.

Конец ознакомительного фрагмента.