Розглянемо кілька прикладів, коли роботу виконують сили, що діють з боку деяких тіл.

а) При розпрямленні стиснутої пружини сила пружності, що діє з боку пружини, виконує роботу. Виходить, стиснута (деформована) пружина має здатність виконувати роботу. Цю властивість пружини використовують, наприклад, у пружинних годинниках і заводних іграшках.

б) Вантаж, що опускається з деякої висоти, також виконує роботу: це використовують, наприклад, у годинниках з гирями й на гідроелектростанціях, де роботу виконує падаюча з греблі вода.

Отже, піднятий на деяку висоту вантаж має здатність виконувати роботу.

в) Якщо візок, що рухається, зіштовхується з пружиною, він деформує пружину. Отже, тіло, що рухається, має здатність виконувати роботу.

Про тіла, при зміні стану яких може бути виконана робота, говорять, що вони мають енергію.

Механічна енергія — фізична величина, яка характеризує здатність тіла виконувати роботу.

Позначають механічну енергію великою латинською літерою Е.

Чим більшу роботу може виконувати тіло, тим більшу енергію воно має. Оскільки у процесі виконання роботи енергія тіла змінюється, то можна стверджувати, що виконана робота дорівнює зміні енергії: А = ΔΕ .

Звідси випливає, що одиницею енергії є також джоуль (1 Дж).

Розрізняють два види механічної енергії: потенціальну і кінетичну.

Від чого залежить енергія піднятого вантажу? Очевидно, від висоти, на яку він піднятий або, іншими словами, від взаємного розташування тіл — горіха на поверхні землі та піднятого вантажу. Від чого залежить енергія натягнутої тятиви? Від її розтягу, тобто від деформації самої тятиви — наскільки зміщується середина тятиви від нульового положення.

Енергія, яка визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл або частин одного й того ж тіла, називається потенціальною (від лат. «потенціа» — можливість).

Підняте над поверхнею землі тіло, стиснута пружина, стиснутий газ, вода, що падає з греблі — усе це приклади тіл, що мають потенціальну енергію.

Потенціальна енергія — це енергія взаємодії тіл або частин тіла, яка визначається їх взаємним положенням.

Потенціальну енергію позначають Еп.

Кінетична енергія — це енергія, яку має тіло внаслідок свого руху (від грец. «кінема» — рух). Автомобіль, що рухається, літак що летить, м’яч, що котиться — усі ці тіла мають кінетичну енергію.

Кінетична енергія — це фізична величина, яка характеризує рухоме тіло.

Кінетичну енергію позначають Ек.

Дослідами встановлено, що чим більшими є маса тіла і швидкість, з якою воно рухається, тим більша його кінетична енергія.

Кінетичну енергію тіл використовують у певних цілях. Так, піднята греблею вода має велику потенціальну енергію. Під час падіння з греблі вода рухається і має таку саму велику кінетичну енергію. Вона приводить у рух турбіну, яка з’єднана з генератором, що виробляє електричну енергію. В Україні, на Дніпрі, побудовано каскаді з б гідроелектростанцій.

А завдяки кінетичній енергії вітру обертаються лопаті вітряних електростанцій.

Запитання для самоперевірки

1. Про які тіла говорять, що вони володіють енергією?

2. Назвіть одиницю енергії. Поясніть, чому одиниці роботи й енергії однакові.

3. Наведіть приклад, який би свідчив, що тіло, підняте над поверхнею землі, має певну потенціальну енергію.

4. Які існують види механічної енергії?

5. Наведіть приклади тіл, що мають потенціальну енергію; кінетичну енергію.

6. Чи залежить величина кінетичної і потенціальної енергій від вибору системи відліку? Наведіть приклади.

Поясніть

1. Чи можуть два тіла різної маси мати однакову кінетичну енергію? За якої умови?

2. За якої умови два тіла різної маси, підняті на різну висоту, матимуть однакову потенціальну енергію?

Приклад розв'язування задачі

Яку роботу необхідно виконати, щоб потяг, який рухається зі швидкістю 72 км/год, збільшив свою швидкість до 108 км/год? Маса потяга 1000 т. Якою має бути сила тяги локомотива потяга, щоб це збільшення швидкості відбулось на ділянці довжиною 2 000 м? 

Задачі

1. Яку енергію має куля, що летить? (Не поспішайте з відповіддю!)

2. Чи володіє енергією Місяць? Якщо так, то якими видами енергії?

3. Один учень стверджує, що потенціальна енергія книги, яка лежить на столі, дорівнює нулю, а інший — що книга володіє певною потенціальною енергією, не рівною нулю. Хто з них правий? Чому?

4. Обчисліть кінетичну енергію автомобіля з масою 1 т, який рухається зі швидкістю 72 км/год.

5. Камінь з масою 20 кг перебуває на схилі гори на висоті 100 м відносно поверхні Землі. Обчисліть потенціальну енергію каменя відносно поверхні Землі.

6. Швидкість літака зросла вдвічі. У скільки разів збільшилася його кінетична енергія?

7. Вертоліт підняв вантаж з масою 1 т на висоту 1 км над поверхнею Землі. Визначіть, яку потенціальну енергію набув вантаж відносно Землі і відносно дна шахти завглибшки 200 м.