Калькулятор потенциальной энергии

Потенциальная энергия запасается благодаря положению или конфигурации. В отличие от кинетической энергии, зависящей от движения, она определяется взаимодействием объекта с силовым полем или деформацией внутри системы. Калькулятор охватывает две стандартные модели начальной физики: гравитационную энергию вблизи поверхности планеты и упругую энергию идеальной линейной пружины. Оба результата выражаются в джоулях. Вблизи поверхности Земли потенциальная энергия относительно выбранной высоты отсчёта равна U = mgh. Здесь m — масса в килограммах, g — ускорение свободного падения в метрах на секунду в квадрате, h — вертикальная высота в метрах. Значение g по умолчанию, 9.81 m/s², — распространённое приближение для Земли. Потенциальная энергия относительна, поэтому h измеряется от удобного для задачи нулевого уровня. На движение влияют лишь разности энергий; смена отсчёта добавляет одну константу ко всем положениям, не меняя физических предсказаний. Формула с постоянным ускорением подходит, когда изменение высоты мало по сравнению с радиусом планеты. Для спутников, межпланетных задач и очень больших перепадов высоты используйте U = -GMm/r. Местное ускорение также немного меняется с широтой и высотой. Значение по умолчанию можно заменить для Луны, Марса, другого тела или более точного местного расчёта. Идеальная пружина запасает упругую энергию U = ½kx², где k — жёсткость в ньютонах на метр, а x — смещение относительно естественной равновесной длины в метрах. Квадрат смещения означает, что одинаковые сжатие и растяжение запасают одинаковую энергию. Формула получается интегрированием силы Гука F = kx от нулевого смещения до x. Она действует только в линейно-упругом диапазоне; у реальных пружин возможны предварительное нагружение, гистерезис, контакт витков, текучесть и нелинейная жёсткость. При сохранении энергии потенциальная энергия часто переходит в кинетическую, тепловую, акустическую или энергию деформации. В идеале падающее тело получает столько кинетической энергии, сколько теряет гравитационной, а освобождённая пружина ускоряет прикреплённую массу. Реальные системы рассеивают часть механической энергии из-за сопротивления среды, трения, демпфирования и внутренних потерь. Используйте калькулятор для учебных задач, планирования опытов, предварительных оценок и сравнения энергий. В ответственных подъёмных и пружинных системах учитывайте КПД, динамические удары, пределы материалов, усталость и подходящий коэффициент запаса.