Татьяна Тарасова
сентябрь 2016.
1793

Почему потенциальная энергия всегда стремится к нулю?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
1
2 ответа
Поделиться

Правильнее было бы сказать к минимуму. Полная энергия в системе сохраняется. Возьмем механическую систему с трением, полная энергия состоит из 3 частей: кинетическая, потенциальная и тепловая. Первые два вида - механическая энергия, переходят в третью только в результате движения, а тепловая энергия наоборот самопроизвольно не может переходить в кинетическую и потенциальную, это противоречит 2 началу термодинамики. Поэтому механическая энергия всегда уменьшается если есть движение и трение, так будет пока тело не остановится.

Допустим движения нет, и мы находимся не в минимуме потенциальной энергии, тогда потенциальная энергия может перейти в кинетическую, и тело начнет двигаться. В результате механическая энергия снова будет переходить в тепловую. Так может продолжаться до тех пор, пока лишней потенциальной энергии не останется и тело при этом не остановится, то есть пока потенциальная энергия не достигнет минимума, а кинетическая нуля.

5
-1
Прокомментировать

Потенциальная энергия не стремится ни к какому нулю (я имею в виду, что эта формулировка некорректна). Потенциальная энергия только позволяет совершить работу в любой момент, как только будет позволено. Например, все мы с детства знаем по опыту, если вода может течь, если ей есть куда, то она непременно течёт. Почему, так происходит? Это и есть суть Вашего вопроса. Ответить на этот вопрос невозможно оперируя только понятиями «потенциальная энергия», «кинетическая энергия» и «сохранение энергии». Будет всегда получаться тавтология, а ответа на вопрос «почему» не получится. Всегда кинетическая энергия будет превращаться обратно в потенциальную, получится «колесо Сансары». Давайте сделаем качественный скачок, как учит нас диалектика, и разберёмся в самой сути вещей.

«Потенциальная энергия» была придумана чтобы не вдаваясь в суть вещей (гравитационное взаимодействие, или энергия запасённая в сжатой пружине, или натянутой тетиве лука и т.д.) тем не менее мочь просто и точно объяснять и рассчитывать механические взаимодействия на земле. Многие физические задачи решаются многажды проще, если от реальных взаимодействий перейти к энергии и работе.

Давайте остановимся на работе силы тяжести, как на наиболее характерном и противоречивом примере. На любое тело действует сила тяжести (всегда одинаковая, в наземных условиях), эта сила может совершать работу. «Может» — это ключевое слово: потенциальня — то есть могущая, если её только позволят. Условно можно считать, что совершив рвботу по поднятию тела на некоторую высоту мы запасли некоторое количество потенциальной энергии. Отпустив это тело мы высвобождаем эту энергию и она превращается в кинерическую, а потом во внутреннюю. Сколько запасено, столько и расходуется. А теперь представьте, что вы подняли это тело со стола, а бросили на пол. :) Тело разгонится до большей скорости, и даже может расколоться при ударе, чего раньше не было: то есть работы совершено больше чем запасено? :) Конечно же нет. Но столь же странно утверждать, что запасённое количество потенциальной энергии зависит от расстояния, на которое тело могло бы упасть, потому что оно имеет шансы упасть куда угодно, и значит одновременно имеет разные количества потенциальной энергии. (Подробнее об этих и других казуистических противоречиях и их разрешении можно прочитать у Ф.Энгельса в Диалектике природы).

Чтобы не попасть впросак мы можем на самом деле говорить только о разности потенциалов в гравитационном поле земли. А это значит, что равновесная точка, куда всё стремится упасть находится в центре масс Земли. Если говорить о потенциальной энергии применительно к силе тяжести и совершаемой ею работе, то именно

  1. в наземном масштабе никакого нуля не существует. Просто есть сила тяжести направленная вниз, и «нулём», о котором Вы спрашиваете можно условно считать любую точку, до которой мы позволяем телу двигаться (позволяем силе тяжести совершать работу);

  2. в планетарном масштабе «ноль» находится в центре масс Земли. Если тело могло бы «упасть» до этого места, оно испытало бы невесомость, и это более менее настоящий ноль. Так как сила тяжести там уже не могла бы совершать далее никакой работы;

  3. в галактическом масштабе «ноль» находится совсем в другом месте...

  4. и так далее.

Итак, потенциальная энергия равна работе, которая может быть совершена, если только это будет позволено. Работа (в механике) совершается под действием силы. Сила куда-то направлена (Ваш  условный «ноль» находится там). У силы есть причина (всегда разная: гравитация, энергия сжатой пружины и т.д.) эта причина и есть та причина движения в следствие которого потенциальная энергия исчезает (стремится к условному нулю).

3
0
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью