Energia potencjalna

Energia ukryta w wysokości i sprężystości

Lekcja 7 Dynamika • Klasa 7

Słowo „potencjalna” oznacza, że coś ma potencjał (możliwość) do wykonania pracy. Energia potencjalna to energia, którą ciało posiada ze względu na swoje położenie lub odkształcenie. Nawet jeśli ciało się nie porusza (nie ma energii kinetycznej), może mieć ogromną energię potencjalną!

Energia potencjalna ciężkości (grawitacyjna)

Kiedy podnosisz plecak z podłogi na stół, wykonujesz pracę przeciwko sile grawitacji. Ta praca nie znika – zostaje zmagazynowana w plecaku jako energia potencjalna ciężkości. Jeśli plecak spadnie, ta energia zamieni się z powrotem na energię kinetyczną (ruch).

  • ⚖️ Masa ciała ($m$) – im cięższe ciało, tym większa energia (cegła ma większą energię niż piórko na tej samej wysokości).
  • 📏 Wysokość ($h$) – im wyżej podniesiemy ciało, tym większa energia.
💡 Wzór na energię potencjalną ciężkości

$$E_p = m \cdot g \cdot h$$

gdzie:
$E_p$ – energia potencjalna (w dżulach, $\text{J}$)
$m$ – masa ciała (w kilogramach, $\text{kg}$)
$g$ – przyspieszenie ziemskie (ok. $10\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2}$ lub $10\,\frac{\text{N}}{\text{kg}}$)
$h$ – wysokość (w metrach, $\text{m}$)

⚠️ Względem czego mierzymy wysokość?

Wysokość $h$ zawsze mierzymy względem ustalonego poziomu odniesienia (np. podłogi, blatu stołu, poziomu morza). Na poziomie odniesienia energia potencjalna wynosi zero ($h=0$, więc $E_p=0$).

Energia potencjalna sprężystości

Energia potencjalna może być ukryta nie tylko w wysokości, ale też w odkształceniu ciał sprężystych. Kiedy naciągasz łuk, ściskasz sprężynę lub naciągasz gumkę recepturkę, gromadzisz w nich energię potencjalną sprężystości. Gdy puścisz cięciwę łuku, zgromadzona energia potencjalna zamieni się w energię kinetyczną lecącej strzały.

🎯 Postęp
0 / 3

📝 Sprawdź wiedzę

Zadanie 1
Które z tych ciał posiada energię potencjalną sprężystości?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
C. Trampolina jest ciałem sprężystym. Gdy jest naciągnięta (odkształcona), gromadzi energię potencjalną sprężystości, która pozwala wyrzucić skoczka w górę.
Zadanie 2
Dwie doniczki o masach $2\,\text{kg}$ i $4\,\text{kg}$ stoją na tym samym parapecie. Która ma większą energię potencjalną ciężkości?
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
B. Energia potencjalna zależy od masy ($E_p = m \cdot g \cdot h$). Skoro obie doniczki są na tej samej wysokości ($h$), to ta o większej masie ($4\,\text{kg}$) ma dwukrotnie większą energię potencjalną.
Zadanie 3
Oblicz energię potencjalną ciężkości książki o masie $m = 1{,}5\,\text{kg}$ leżącej na półce na wysokości $h = 2\,\text{m}$. Przyjmij $g = 10\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2}$.
Do rozwiązania
💡 Rozwiązanie
Korzystamy ze wzoru: $$E_p = m \cdot g \cdot h$$ Podstawiamy wartości: $$E_p = 1{,}5\,\text{kg} \cdot 10\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2} \cdot 2\,\text{m}$$ $$E_p = 15 \cdot 2 = 30\,\text{J}$$ Odpowiedź C.

Gotowe? Idź dalej!

Następna lekcja: Zadania obliczeniowe z energii – poćwicz wykorzystanie poznanych wzorów.

Następna lekcja: Zadania z energii →