Потенциальная энергия

Потенциальная энергия $U(\vec r)$ — скалярная физическая величина, характеризующая способность материальной точки (тела) совершать работу за счет своего нахождения в поле действия консервативных сил. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы. Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином.

Единицей измерения энергии в СИ является Джоуль.

Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

Корректное определение потенциальной энергии может быть дано только в поле сил, работа которых зависит только от начального и конечного положения тела, но не от траектории его перемещения. Такие силы называются консервативными.

Также потенциальная энергия является характеристикой взаимодействия нескольких тел или тела и поля.

Любая физическая система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией.

Потенциальная энергия упругой деформации характеризует взаимодействие между собой частей тела.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли

Потенциальная энергия $\ E_p$ в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой:

$\ E_p=mgh$

где $\ m$ — масса тела, $\ g$ — ускорение свободного падения, $\ h$ — высота положения центра масс тела над произвольно выбранным нулевым уровнем.

О физическом смысле понятия потенциальной энергии

• В то время, как кинетическая энергия всегда характеризует тело относительно выбранной системы отсчёта, потенциальная энергия всегда характеризует тело относительно источника поля.
• Кинетическая энергия характеризуется скоростью относительно системы отсчёта; потенциальная — расположением тел в поле.
• Основной физический смысл имеет не само значение потенциальной энергии, а её изменение.

См. также

• Гравитационная энергия
• Кинетическая энергия
• Энергия
• Электростатический потенциал
• Гравитационный потенциал