Energia potencjalna
Energia potencjalna jest energią związaną z położeniem ciała lub układu ciał.
W pobliżu powierzchni Ziemi energię potencjalną ciężkości obliczamy ze wzoru:
\(E_p=mgh\)
Jednostką energii potencjalnej jest dżul.
Wartość energii potencjalnej zależy od wyboru poziomu zerowego energii.
Energia potencjalna to jeden z rodzajów energii rozważanych w mechanice. Jest związana z położeniem ciała lub układu ciał w polu sił zachowawczych, na przykład w polu grawitacyjnym albo w polu sił sprężystości.
W szkolnych zadaniach bardzo często rozważamy energię potencjalną ciężkości, czyli energię związaną z położeniem ciała w pobliżu powierzchni Ziemi.
W pobliżu powierzchni Ziemi energię potencjalną ciężkości można wyznaczyć ze wzoru:
gdzie:
- \(E_p\) — energia potencjalna ciężkości,
- \(m\) — masa ciała,
- \(g\) — przyspieszenie ziemskie,
- \(h\) — wysokość ciała względem przyjętego poziomu zerowego energii.
Jednostką energii potencjalnej w układzie SI jest dżul, oznaczany symbolem \(\text{J}\).
\(1\ \text{J}=1\ \text{N}\cdot\text{m}\)
Energia potencjalna jest częścią energii mechanicznej. Zależy od położenia ciała lub wzajemnego rozmieszczenia ciał, które oddziałują na siebie siłami zachowawczymi.
Wartość energii potencjalnej zależy od wyboru poziomu zerowego energii, czyli od tego, względem jakiego położenia ją obliczamy.
Siła zachowawcza, siła potencjalna
Siła zachowawcza to taka siła, której praca nie zależy od kształtu toru ruchu, lecz tylko od położenia początkowego i końcowego ciała. Praca takiej siły po dowolnym torze zamkniętym jest równa zeru.
Przykładem siły zachowawczej (potencjalnej) jest siła grawitacji.
Energię potencjalną można zdefiniować z wykorzystaniem pojęcia siły zachowawczej.
Jeżeli w punkcie \(B\) przyjmiemy energię potencjalną równą zeru, to energia potencjalna ciała w punkcie \(A\) jest równa pracy, jaką wykona siła zachowawcza przy przesunięciu ciała z punktu \(A\) do punktu \(B\).
Przykład
Innym przykładem energii potencjalnej jest energia sprężystości. Ma ją na przykład rozciągnięta lub ściśnięta sprężyna. W tym artykule skupiamy się jednak przede wszystkim na energii potencjalnej ciężkości.
Wyprowadzenie wzoru na energię potencjalną ciężkości
Załóżmy, że ciało o masie \(m\) podnosimy pionowo na wysokość \(h\). Aby robić to powoli i ruchem jednostajnym, musimy działać siłą równą co do wartości ciężarowi ciała:
\(F=mg\)
Praca wykonana przez siłę zewnętrzną podczas podnoszenia ciała jest równa:
\(W=Fs\)
W tym przypadku przesunięcie wynosi \(s=h\), więc:
\(W=Fh\)
Podstawiamy \(F=mg\):
\(W=mgh\)
Wykonana przez nas praca zwiększa energię potencjalną ciężkości ciała. Dlatego przyrost energii potencjalnej wynosi:
\(\Delta E_p=mgh\)
Jeżeli za poziom zerowy energii przyjmiemy miejsce, z którego ciało zostało podniesione, to energia potencjalna ciężkości na wysokości \(h\) jest równa:
\(E_p=mgh\)
Ćwiczenia
Zwiększ populację dziobaków, rozwiązując krótkie zadania i ćwiczenia związane z tą lekcją.
1
2
3
4
5
6
7
8
Nie jesteś zalogowany.
Z jajka nic się nie wykluje, a Twoja populacja dziobaków nie przetrwa po opuszczeniu strony... Zaloguj się
Aby otworzyć złote jaja, musisz posiadać Plan Premium.
Zadania z rozwiązaniami
Zadanie nr 1.
Plecak o masie \(6\ \text{kg}\) został wniesiony z parteru na półkę znajdującą się \(2{,}5\ \text{m}\) wyżej. Oblicz przyrost energii potencjalnej ciężkości plecaka. Przyjmij \(g=10\ \text{m/s}^2\).
📑 MODUŁY KURSU
Pełne śledzenie postępów kursu w planie Premium
Powiązane materiały
Przeliczanie jednostek energii© medianauka.pl, 2017-02-08, A-3460/1714
Data aktualizacji artykułu: 2026-07-11
