Калькулятор потенциальной энергии

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это энергия взаимного положения тел, запас работы, скрытый в конфигурации системы. У поднятого груза она равна работе, которую совершит сила тяжести при его падении: чем выше и тяжелее тело, тем больше запас. Ключевая особенность — условность нулевого уровня: высоту можно отсчитывать от пола, от земли или от уровня моря, и абсолютное значение энергии окажется разным. Физический смысл имеет только разность потенциальных энергий между двумя положениями, поэтому нулевой уровень выбирают из соображений удобства расчёта.

На переходе потенциальной энергии в кинетическую и обратно построена вся классическая механика: маятник, качели, американские горки, прыжок с шестом. Практические применения — гидроэлектростанции, где вода из верхнего бьефа падает на турбины, и гидроаккумулирующие станции, которые ночью закачивают воду наверх, а днём возвращают энергию в сеть; сюда же относятся гиревой привод старинных часов, копёр для забивки свай и расчёт работы кранов и лифтов. В строительстве и охране труда та же величина определяет тяжесть последствий падения с высоты и требования к страховочным системам.

Формула E = m × g × h применима вблизи поверхности планеты, где ускорение свободного падения можно считать постоянным: на масштабах орбит g заметно убывает с расстоянием и нужна общая формула гравитационной энергии. Само значение g зависит от небесного тела — на Луне оно примерно в шесть раз меньше земного, на Юпитере в 2,5 раза больше, — поэтому в калькуляторе его можно ввести вручную или выбрать планету из списка. Помимо энергии показываются сила тяжести и скорость, которую тело наберёт при свободном падении с заданной высоты (без учёта сопротивления воздуха).