Вы уже знаете, что энергия тела, находящегося под действием силы упругости, силы тяжести и силы Архимеда, называется потенциальной энергией (см. § 5-д). Примечательно, что потенциальная энергия не зависит от пути, по которому тело попало в рассматриваемое положение, а зависит только от силы взаимодействия и расстояния между рассматриваемым положением тела и условно выбранным «нулевым уровнем» энергии.

Проще всего рассчитать потенциальную энергию тела, на которое действует только сила тяжести. Немного сложнее – потенциальную энергию тела, на которое действует сила Архимеда (так как при этом действует и сила тяжести). Тем не менее, знаний 7 класса для этого вполне достаточно. Рассчитать же потенциальную энергию тела, на которое действует сила упругости – сложнее всего, поэтому отложим этот вопрос до 9 класса.

Итак, приступим. Пусть сила тяжести опускает тело с высоты h₁ на высоту h₂ (по отношению к условно выбранному «нулевому уровню» энергии). Тогда работа силы тяжести вычислится так:

A = F_тяж · l = g m_тела · (h₁ – h₂). Раскрывая скобки, получим: A = m_тела g h₁ – m_тела g h₂. В этом равенстве физическая величина   E_п = m_тела g h   является потенциальной энергией тела, на которое действует только (одна) сила тяжести.

Рассмотрим теперь случай, когда кроме силы тяжести, на тело действует и сила Архимеда – то есть рассмотрим тело, погруженное в жидкость или газ. На него действует архимедова сила, равная весу вытесненной жидкости (или газа, см. § 3-е), то есть F_арх = W_ж/г = g m_ж/г.

Итак, на тело, погруженное в жидкость или газ, действуют две противонаправленные силы – сила тяжести (направлена вниз) и архимедова сила (направлена вверх). Они действуют вдоль одной прямой, поэтому мы можем заменить их равнодействующей силой (см. § 3-в). Получаем два варианта замены:

Поясним записанные в последней строке таблицы выводы ...

(C) 2011. «Физика.ru» при участии Некрасова А.Г. (г. Санкт-Петербург)