Какой потенциальной энергией относительно Земли обладает тело массой 100 кг на высоте 10 м?

Чтобы решить задачу о потенциальной энергии, нужно вспомнить теоретические основы, связанные с этой темой.

Потенциальная энергия — это энергия, которая определяется взаимным расположением тел или частей одного тела, между которыми действуют силы. В данном случае речь идет о потенциальной энергии тела в поле силы тяжести Земли, которая зависит от высоты тела над уровнем Земли (или выбранным нулевым уровнем).

Формула для расчета потенциальной энергии в поле силы тяжести:
$$ E_p = m \cdot g \cdot h $$
где:
− $E_p$ — потенциальная энергия (измеряется в джоулях, Дж),
− $m$ — масса тела (измеряется в килограммах, кг),
− $g$ — ускорение свободного падения (приблизительно равное $9,8 \, \text{м/с}^2$ на поверхности Земли),
− $h$ — высота тела над выбранным уровнем отсчета (измеряется в метрах, м).

Разбор компонентов формулы:

1. Масса тела ($m$): Это мера количества вещества в теле, непосредственно влияет на величину потенциальной энергии. Чем больше масса, тем больше потенциальная энергия при одинаковой высоте.

2. Ускорение свободного падения ($g$): Это константа, которая показывает ускорение, с которым тело движется в свободном падении под действием силы тяжести. На поверхности Земли это значение принимается приблизительно равным $9,8 \, \text{м/с}^2$, хотя оно может немного меняться в зависимости от географического положения.

3. Высота ($h$): Потенциальная энергия прямо пропорциональна высоте тела над уровнем отсчета. Чем выше тело, тем больше его потенциальная энергия.

Дополнительные понятия:

• Потенциальная энергия считается относительно выбранного уровня отсчета. В данной задаче уровень отсчета — поверхность Земли. Если бы уровень отсчета был другим, например, верхний край здания, то $h$ в формуле изменилось бы соответствующим образом.
• Потенциальная энергия — скалярная величина, то есть она имеет только числовое значение и не зависит от направления.

Основные свойства:

• Потенциальная энергия увеличивается с высотой.
• Если тело опускается вниз, его потенциальная энергия уменьшается, а при падении она преобразуется в кинетическую энергию.

Зная приведенные компоненты и свойства формулы, можно вычислить потенциальную энергию любого тела, если известны его масса, высота и ускорение свободного падения.