Что такое потенциал в физике? Я никак не могу понять! Объясните мне пожалуйста простым языком)
Первое. Потенциал может быть не только у электрического поля, но и у гравитационного (например) .
Второе. Сам по себе потенциал мало кому нужен, это величина довольно условная. И определяется как работа, которую надо совершить, чтоб удалить объект из данной точки в бесконечность (где взаимодействие этого объекта — заряда или массы — с источником поля уже можно считать нулевым) .
А вот что таки да, ИМЕЕТ значение, — так это РАЗНОСТЬ потенциалов. Потому как именно разность потенциалов между двумя точками и есть та реальная работа, которую надо затратить или можнополучить, когда заряд (или тело) перемещается из одной точки в другую. Во-первых, это то, что можно измерить, потому что не надо отправляться на бесконечность. Обе точки — вот они. Во-вторых, это то, что практически и надо. Это работа, которую надо совершить, чтоб занести рояль на пятый этаж (массу рояля надо умножить на разность потенциалов гравитационного поля между первый и пятым этажами) . Это работа, которую надо совершить, чтоб пропихнуть вот этот заряд через вот эту цепь (величина заряда на разность потенциалов электрического поля на двух концах цепи) .
Описание «Потенциал показывает какой потенциальной энергией будет обладать единичный положительный заряд, помещенный в данную точку электрического поля» — НЕВЕРНОЕ описание. Потому что потенциал ВСЕГДА определяется ОТНОСИТЕЛЬНО ЧЕГО-ТО. Относительно другой точки. То есть хотя бы формально (а на самом деле и практически) должно быть указано, относительно какой точки определяется или измеряется потенциал. В формальном определении за эту вторую точку принимается бесконечность. Потому что вот этот единичный положительный заряд, как и гиря в 1 кг, потенциальной энергией обладает не «вообще», а только относительно отсчётного уровня. С гирей это особенно наглядно проявляется — относительно пола у неё одна потенциальная энергия, а относительно первого этажа (напомню, мы уже добрались до пятого) — совсем другая.
Остальные ответы
Это работа, которую тело или накопленная энергия могут выполнить.. или сама энергия.
Камень на высоте может упасть и разбить что-то, это тоже «работа»,сжатый газ может согреть еду или машинный двигатель заставит работать.. они все обладали потенциалом в моих примерах.
Да, формулировка правильная.. разность потенциалов и позволяет двигаться электрону или другой частице и обеспечить ток.. говорю примитивно чтоб мозг не вынести..
Источник: Физмат за плечами
Мне кажется по простому что у этого человека есть вероятность чего то достигнуть выдающего именно в физике.
Возможность .
Если попросту, то напор воды — потенциал, давление сжатой (ну или растянутой) пружины — тоже потенциал.
Потенциал, это работа, совершаемая силами поля, при переносе единичного заряда из данной точки поля в бесконечность.
Источник: ТОЭ. Л. А. Бессонов.
частица энергии
потенциал — скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой обладает пробный положительный заряд, помещённый в данную точку поля, к значению этого заряда
Разность потенциалов между нулевым потенциалом проводника и
отрицательным, или положительным потенциалом источника тока рождает ЭДС.
Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда. Потенциал электростатического поля
— энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.
Потенциал электростатического поля
Т. к. потенциальная энергия зависит от выбора системы координат, то и потенциал определяется с точностью до постоянной.
Потенциал
в широком смысле — средства, запасы, источники, имеющиеся в наличии и могущие быть мобилизованы, приведены в действие, использованы для достижения определённой цели, осуществления плана, решения какой-либо задачи; возможности отдельные лица, общества, государства в определённой области: экономический П. (см. Экономический потенциал), производственный П. О применении термина «П.» в математике, физике, технике, биологии и химии см. Запаздывающий потенциал (См. Запаздывающие потенциалы), Потенциал, Потенциал действия, Потенциал повреждения, Химический потенциал, Потенциалы электромагнитного поля и др.
II Потенциа́л
потенциальная функция, понятие, характеризующее широкий класс физических силовых полей (электрическое, гравитационное и т.п.) и вообще поля физических величин, представляемых векторами (поле скоростей в жидкости и т.п.). В электростатическое поле П. вводится как вспомогательная функция, пространственные производные которой — компоненты напряжённости электрического поля в данной точке; в гидродинамике — компоненты скорости в данной точке и т.п. При этом П. в ряде случаев имеет и др. важный физический смысл. Так, в электростатическом поле он численно равен энергии, необходимой для удаления единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность (с обратным знаком).
В общем случае П. векторного поля а (х, у, z) — скалярная функция u (х, у, z), такая, что а = grad u, т. е.
Для поля тяготения, образованного помещенной в точку A (ξ, η, ξ) точечной массой m, П. (ньютонов П.) имеет в точке Р (х, у, z) вид:
u (х, у, z) = Gm/r, (1)
П. u (х, у, z) — непрерывная функция во всём пространстве вместе со своими частными производными 1-го порядка; вне тела объёма Т функция u (х, у, z) удовлетворяет Лапласа уравнению (См. Лапласа уравнение), внутри — Пуассона уравнению (См. Пуассона уравнение).
Если притягивающие массы распределены с плотностью ρпов по поверхности S (простой слой), то П. образованного ими поля выражается интегралом
П. простого слоя υ(x, у, z) — непрерывная во всём пространстве функция; при пересечении поверхности S нормальная производная функции ω(х, у, z) испытывает разрыв, равный 4πG/ρпов. Неограниченно сближая две поверхности, на которых расположены простые слои с плотностями ρпов и —ρпов, и одновременно увеличивая ρпов до бесконечности, но так, чтобы был конечным предел
П. двойного слоя ω(х, у, z) — непрерывная функция во всём пространстве вне S; при пересечении поверхности S функция ω(х, у, z) испытывает разрыв, равный 4πGμ. Функции υ(х, у, z) и ω(х, у, z) удовлетворяют уравнению Лапласа.
Если тело объёма Т — бесконечный цилиндр с поперечным сечением D и плотность ρ вещества цилиндра постоянна вдоль каждой прямой, параллельной образующим цилиндра, то формула (2) приводит к понятию логарифмического потенциала:
В виде суммы П. простого и двойного слоев может быть представлена любая гармоническая функция (См. Гармонические функции); этим объясняется важность теории П.
Лит.: Гюнтер Н. М., Теория потенциала и её применение к основным задачам математической физики, М., 1953; Сретенский Л. Н., Теория ньютоновского потенциала, М. — Л., 1946; Тамм И. Е., Основы теории электричества, 7 изд., М., 1957; Идельсон Н. И., Теория потенциала с приложениями к теории фигуры Земли и геофизике, 2 изд., Л. — М., 1936.
В. И. Битюцков.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия – это любая энергия взаимодействия одного объекта с другим. Потенциальной ее называют потому, что это только «скрытая» энергия возможности, а не «проявленная» энергия движения. Например, если сжать пружину, она приобретает определенный потенциал, поскольку может отскочить и вернуться в исходное состояние.
Определение потенциальной энергии
Любая энергия представляет собой возможность совершения работы, в более общем смысле – движения. Например, если автомобиль едет, он получает энергию от сгорания бензина и перемещается по поверхности земли. В данном случае речь идет о кинетической энергии, то есть энергии, которой обладает движущееся тело.
Что касается потенциальной энергии, то это энергия взаимодействия между телами (лат. potentia – возможность). Речь идет не о самом движении или работе, а о возможности его совершения. То есть потенциальной называют энергию возможности тела к движению. В качестве иллюстрации можно привести несколько примеров.
Если поднять любой предмет на высоту собственного роста, его потенциальная энергия взаимодействии с Землей за счет сил гравитации увеличивается. Но если отпустить, предмет падает – соответственно, после этого потенциал становится равным нулю.
Если тело деформировано, например натянутая тетива лука, оно тоже имеет большую потенциальную энергию. Как только человек отпускает тетиву, стрела летит на большое расстояние с такой силой, что может даже убить животное. До отпускания она имела только потенциальную энергию, а после – кинетическую (энергию движения).
Огромной энергией обладают вода в водопаде до падения. Как только она начала падать, потенциальная энергия опять же превращается в кинетическую энергию движения, а в самой нижней точке она становится равной нулю.
Еще один пример из мира природы – воды рек, которые текут от истока к устью за счет силы притяжения. Они тоже обладают значительным запасом потенциальной энергии, которая используется, например, в гидроэлектростанциях (ГЭС). В данном случае потенциальная энергия стекающих вод используется для производства электричества.
Научное определение: потенциальная энергия – это скалярная (то есть не имеющая направления) физическая величина, которая является частью полной механической энергии тела либо системы наряду с кинетической энергией. Исходя из этого можно вывести простую формулу:
Здесь Еполн – полная энергия, Екин – кинетическая, а Епотенц – потенциальная.
Полезная информация о потенциальной энергии
| Обозначения потенциальной энергии | Ep, W, Wp |
| Единица измерения | Джоуль (Дж) |
| Формула Ep тела в гравитационном поле Земли | Ep = m • g • h |
| Формула Ep заряда в электростатическом поле | Wp = q • E • d |
| Формула Ep деформированного тела | Ep = k • (Δx) 2 /2 |
| Полная энергия механической системы | Еполн = Екин + Епотенц, откуда следует: Eпотенц = Еполн – Екин |
Как обозначается потенциальная энергия
Потенциальную энергию обозначают по-разному:
Единица измерения
В международной системе СИ единица измерения потенциальной энергии – джоуль.
По определению один джоуль – это работа силы в один ньютон, которая переместила тело на один метр в направлении приложения этой силы.
Виды потенциальной энергии
Существует три основных вида потенциальной энергии:
- в поле гравитационного притяжения Земли;
- в электростатическом поле;
- в механической системе.
Во всех случаях речь идет об энергии взаимодействия между телами, то есть о потенциале. Например, если подбросить мяч над собой, он дойдет до определенной высоты, например 5 м, на мгновение остановится и далее снова упадет на землю. Получается, что в самой высокой точке потенциальная энергия взаимодействия мяча с планетой максимальная, а кинетическая равна нулю, потому что движения нет.
Но после падения потенциал резко падает, а кинетическая энергия, наоборот достигает максимума вплоть до столкновения с поверхностью. Затем мяч отпрыгивает на небольшую высоту, причем в верхней точке он снова приобретает потенциальную энергию взаимодействия с планетой, после чего опять падает. Потом еще несколько прыжков со все меньшей высотой – и наконец мяч останавливается. В состоянии покоя обе его энергии (кинетическая и потенциальная) равны нулю.
Есть потенциальная энергия и в электростатическом поле. Оно создается зарядами, которые неподвижны в пространстве, то есть не перемещаются. Известно, что разноименные заряды («плюс» и «минус») притягиваются. Поэтому попадая в поле друг друга, они практически мгновенно соединятся. В начале этого процесса их потенциальная энергия максимальная, но почти сразу она превращается в кинетическую и становится равной нулю.
Наконец, в механической системе потенциал – это энергия упругой деформации. Например, если сжать пружину, ее потенциальная энергия увеличится, а если отпустить ее, то потенциал превратится в движение (кинетическую энергию). В свою очередь, потенциальная станет равной нулю. В качестве примера можно привести и уже упомянутую стрелу, приложенную к натянутой тетиве лука.
это интересно
Определение мощности простыми и научными словами, а также формулы и примеры задач с подробным решением
Формулы потенциальной энергии
Есть несколько формул потенциальной энергии, которые используются в зависимости от ее конкретного вида. Так, энергия тела в поле тяготения Земли вычисляется по формуле:
\(<\mathrm E>_<\mathrm p>\;=\;\mathrm m\;\cdot\;\mathrm g\;\cdot\;\mathrm h\)
Здесь m – масса тела, g – ускорение свободного падения (постоянная величина, примерно равна 9,8 м/с 2 ), h – высота тела над Землей.
Рассматривая потенциальную энергию заряда в электростатическом поле, можно вывести такую формулу:
\(<\mathrm E>_<\mathrm p>\;=\;<\mathrm q>_<\mathrm p\;>\cdot\;\mathrm\varphi\;(\overline<\;\mathrm r>\;)\)
Наконец, для механической системы потенциальная энергия упругой деформации рассчитывается по такой формуле:
\(<\mathrm E>_<\mathrm p>\;=\;\mathrm k\;\cdot\;\frac<<(\mathrm<Δx>)>^2>2\)
Здесь k – коэффициент жесткости тела, Δx – степень деформации: Δx = x1 – x2, где x2 – начальное состояние тела (до деформации), x2 – конечное состояние (после деформации).
Задачи на потенциальную энергию с решением
Есть разные примеры задач на потенциальную энергию, все они связаны с представленными выше формулами.
Задача 1
Определить потенциальную энергию мяча массой 0,5 кг, который подбросили на высоту 4 м.
В данном случае мяч находится в гравитационном поле Земли, поэтому его потенциальную энергию можно найти по формуле:
Масса составляет 0,5 кг, h = 4 м, а g = 9,8 м/с 2 , поэтому
Ep = 0,5 • 4 • 9,8 = 19,6 Дж.
Ответ: Потенциальная энергия мяча равна 19,6 Дж.
Задача 2
Пружина прикреплена к стене, на ее конце установлено тело. Жесткость пружины 400 Н/м, ее растягивают с силой 80 Н. Какова потенциальная энергия деформации этой пружины?
В данном случае найти потенциальную энергию можно по формуле:
Сила упругости определяется как произведение жесткости на изменение длины рассматриваемой пружины:
Тогда деформацию можно рассчитать как Δx = F/k. Из этого следует, что потенциальную энергию можно найти по такой формуле:
Ep = k • (F/x) 2 /2 = Kf 2 /(2k 2 ) = F 2 /(2k)
Подставляя значения, данные условиями задачи, получаем:
Ep = 80 2 /(2 • 400) = 8 Дж.
Ответ: потенциальная энергия деформации в пружине равна 8 Дж.
Задача 3
Самолет массой 50 т летит на высоте 10 км со скоростью 900 км/ч. Какова его полная механическая энергия?
Самолет находится над Землей и движется (летит). Поэтому он обладает двумя видами энергии – потенциальной и кинетической. Следовательно, полную энергию можно найти по формуле:
При этом Екин = mv 2 /2, а Eпотенц = mgh. Переводя все числовые значения в единицы измерения в соответствии с системой СИ, получаем: масса 50 000 кг, высота 10 000 м, скорость 250 м/с. Величина g = 9,8 м/с 2 . Подставляя все значения в формулу, получаем:
Еполн = Екин + Епотенц = mv 2 /2 + mgh = 50 000 • 250 2 /2+ 50 000 • 9,8 • 10 000 = 6462500000 = 6462 • 10 6 Дж = 6462 МДж (мегаджоуль)
Ответ: Полная механическая энергия самолета составляет 6462 МДж.
4 темы по физике, которые пригодятся на контрольной
Скоро контрольная по физике? Проверьте, все ли из этих тем вам знакомы.
- Что такое диффузия
- О чем говорит Закон Джоуля Ленца
- Сколько существует видов механического движения
- Сила Архимеда и в чем она измеряется
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Юлия Крутова, учитель физики средней общеобразовательной школы №16 (Московская область, Орехово-Зуевский городской округ):
Какие есть примеры тел, которые обладают потенциальной энергией?
Потенциальной энергией обладают тела, которые подняты над поверхностью земли (футбольный мяч, который падает на траву; человек, который прыгает со стула). Также это тела, которые могут быть упруго сжаты, так как после упругого сжатия тело принимает прежнюю форму. Например, пружина в пистолете.
Еще один пример – сжатые газы (за счет уменьшения расстояния между молекулами.
Пригодятся ли формулы вычисления потенциальной энергии на ЕГЭ?
Да, так как законы сохранения энергии присутствуют практически в каждом разделе, соответственно, и в ЕГЭ могут встретиться в 75% задач.
Почему в 7 классе на физике начинают изучать потенциальную энергию?
В 7 классе на данную тему выделяется недостаточно часов, то есть тема изучается в ознакомительном порядке. Учащиеся в 7 классе должны обладать определенными базовыми знаниями, а энергия относится к этой базе. Более подробно данная тема изучается в 9 классе.
Потенциальная энергия, ее определение, виды и формулы
Энергия, говоря простым языком, это возможность что-либо сделать, возможность совершить работу. То есть, если какое-либо тело может совершить какую-либо работу, то про это тело можно сказать, что оно обладает энергией. По сути, энергия — это мера различных форм движения и взаимодействия материи, а её изменение происходит при совершении некоторой работы. Таким образом, совершённая работа всегда равна изменению какой-либо энергии. А значит, рассматривая вопрос о совершённой телом работе, мы неизбежно приходим к изменению какого-либо вида энергии. Вспомним также и тот факт, что работа совершается только в том случае, когда тело под действием некоторой силы движется, и при этом сама работа определяется как скалярное произведение вектора этой силы и вектора перемещения, то есть А = F*s*cosa, где а — угол между вектором силы и вектором перемещения. Это нам пригодится в дальнейшем для вывода формул различных видов энергии.
Энергию, связанную с взаимодействием тел, называют ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИЕЙ. Иначе говоря, если тело за счёт взаимодействия с другим телом может совершить некоторую работу, то оно будет обладать потенциальной энергией, и при совершении работы будет происходить изменение этой энергии. Обозначают механическую потенциальную энергию чаще всего — Еп.
Виды потенциальной энергии
Существуют различные виды потенциальной энергии. К примеру, любое тело на Земле находится в гравитационном взаимодействии с Землёй, а значит обладает потенциальной энергией гравитационного взаимодействия. И ещё пример — витки растянутой или сжатой пружины находятся в упругом взаимодействии друг с другом, а значит сжатая или растянутая пружина будет обладать потенциальной энергией упругого взаимодействия.
Далее мы рассмотрим только виды механической потенциальной энергии и формулы, по которым их можно рассчитать. Но в дальнейшем вы узнаете и о других видах потенциальной энергии — к примеру, о потенциальной энергии электрического взаимодействия заряженных тел, о потенциальной энергии взаимодействия электрона с атомным ядром.
Знакомьтесь: наш мир. Физика всего на свете.
Книга адресована школьникам старших классов, студентам, преподавателям и учителям физики, а также всем тем, кто хочет понять, что происходит в мире вокруг нас, и воспитать в себе научный взгляд на все многообразие явлений природы. Каждый раздел книги представляет собой, по сути, набор физических задач, решая которые читатель укрепит свое понимание физических законов и научится применять их в практически интересных случаях.
Формулы потенциальной энергии
Перед тем как приступить к выводу формул потенциальной энергии, ещё раз вспомним, что совершённая телом или над телом работа равна изменению его энергии. При этом, если само тело совершает работу, то его энергия уменьшается, а если над телом совершают работу, то его энергия увеличивается. К примеру, если спортсмен поднимает штангу, то он сообщает ей потенциальную энергию гравитационного взаимодействия, а если он отпускает штангу и она падает, то потенциальная энергия гравитационного взаимодействия штанги с Землёй уменьшается. Также, если вы открываете дверь, растягивая пружину, то вы сообщаете пружине потенциальную энергию упругого взаимодействия, но если потом дверь закрывается, благодаря сжатию пружины в начальное состояние, то и энергия упругой деформации пружины уменьшается до нуля.
А) Чтобы вывести формулу потенциальной энергии гравитационного взаимодействия, рассмотрим, какую работу совершает тело, двигаясь под действием силы тяжести:
А = F*s = mg*s = mg*(h1 — h2) = mgh1 — mgh2 = Eп1 — Еп2, то есть, мы получили, что потенциальная энергия гравитационного взаимодействия тела с Землёй может быть вычислена по формуле: Еп = mgh.
Здесь важно отметить, что поверхность Земли принимается за начало отсчёта высоты, то есть для тела, находящегося на поверхности Земли Еп = 0, для тела, поднятого над Землёй Еп > 0, а для тела, находящегося в яме глубиной h, Еп < 0.
Отметим также и то, что в формуле работы отсутсвовал cosa. Это не случайно. Ведь если тело движется по сложной траектории, то, какой бы сложной она ни была, её можно разбить на множество вертикальных и горизонтальных участков. Но на горизонтальных участках работа силы тяжести будет равна нулю, так как угол между силой тяжести и перемещением будет прямым, а значит работа будет совершаться только на вертикальных участках траектории, для которых cosa = 1 или cosa = −1.
Тогда можно сделать ещё один важный вывод — работа силы тяжести не зависит от формы траектории, а только от расположения начальной и конечной точки. А это не случайность — это свойство любых сил, сообщающих телам потенциальную энергию. Такие силы называют потенциальными и сила тяжести — одна из них. К потенциальным силам относится и сила упругости.
Б) Чтобы вывести формулу потенциальной энергии упругой деформации, рассмотрим, какую работу нужно совершить, чтобы растянуть пружину, изменив её длину на х (х = l — l0):
Во-первых, знак минус в формуле стоит потому, что угол между силой упругости и перемещением свободного конца пружины равен 180 градусов и cosa = −1.
Во-вторых, возникающая при растяжении пружины сила упругости является переменной силой, в отличие от силы тяжести, поэтому в формуле работы стоит средняя сила упругости. При этом величина силы упругости, в соответствии с законом Гука, прямо пропорциональна изменению длины пружины, а значит её среднее значение можно определить так:
Fупр(ср.) = (Fупр(нач.) + Fупр(конеч.))/2
И так как Fупр(нач.) = 0, а Fупр(конеч.) = kх, то:
Но s = x, поэтому: А = —kx 2 /2 = 0 — kх 2 /2 = Еп1 — Еп2.
В итоге, мы получили формулу потенциальной энергии упругой деформации: Еп = kx 2 /2.