§ 60. Превращение механической энергии одного вида в другой

Чаще всего у тела есть сразу оба запаса — и кинетический, и потенциальный. Меняются ли они, пока тело движется, и куда девается то, что убывает? Ответ виден в простом опыте.

Поднимем теннисный мяч над полом и разожмём пальцы. Пока его удерживали на высоте h, у мяча был запас потенциальной энергии: Eп = m * g * h, где m — масса мяча в килограммах (кг), h — высота над полом в метрах (м), g = 10 Н/кг показывает, какая сила тяжести приходится на каждый килограмм массы, а сама Eп получается в джоулях (Дж). Что будет дальше, показано на рис. 1: слева отмерена высота h, красная стрелка задаёт направление падения, а три положения мяча сверху вниз подписаны своими запасами.

Земля притягивает мяч, и он летит вниз. Высота над полом уменьшается, а вместе с ней убывает и Eп. Исчезает ли запас? Нет: падая, мяч разгоняется, а с ростом скорости растёт его кинетическая энергия Eк = m * v² / 2, где v — скорость движения в метрах в секунду (м/с). Наибольшей Eк окажется в тот миг, когда мяч коснётся пола: высота обратилась в нуль, обнулилась и Eп, а весь запас стал энергией движения.

При ударе сминаются и мяч, и пол. Кинетическая энергия и тут не пропадает — она становится потенциальной энергией упругой деформации обоих тел. Упругие силы возвращают им прежнюю форму, мяч отскакивает, а запас деформации снова превращается в кинетическую энергию.