притяжения у электрона появится кинетическая энергия, потому что он будет ускоряться в сторону протона. То есть он с самого начала обладает потенциальной энергией.
Но сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между электроном и протоном. По мере того как электрон будет приближаться к протону, сила будет нарастать, а в момент их контакта она уже будет стремиться к бесконечности. Это значит, что ускорение будет стремиться к бесконечности: электрон приобретет бесконечную кинетическую энергию. Иными словами, изначально электрон обладал бесконечной потенциальной энергией.
Вывод довольно досадный: если все частицы обладают бесконечной потенциальной энергией, понятие потенциальной энергии становится не вполне адекватным… Именно по этой причине физики предпочитают считать «началом» потенциальной энергии то место, какое сочтут нужным. Другими словами, они скажут, к примеру, что потенциальная энергия электрона, находящегося в 1 м от протона, условно равна 0.
То есть величина потенциальной энергии не имеет смысла, поскольку она принята условно. В свою очередь, изменение потенциальной энергии сохраняет весь свой смысл: если кинетическая энергия увеличивается, потенциальная на столько же уменьшается. То есть изменение потенциальной энергии противоположно по смыслу изменению кинетической.
В дальнейшем в квантовой механике мы увидим, что частицы не могут считаться точечными и находящимися в определенном месте, и это уже снимает часть проблемы. Однако физики все же продолжают определять начало потенциальной энергии там, где им хочется…
Поскольку цель этой книги оставаться как можно ближе к физическому смыслу, мы никогда не будем пользоваться подобной условностью. В данной книге если объект обладает потенциальной энергией E, то это потому, что он действительно может приобрести максимальную кинетическую энергию E.
Точно так же кинетическая энергия может превратиться в потенциальную. Так будет, если мы продолжим туннель на другую сторону Земли. Увлекаемый своим полетом мяч продолжит траекторию вдоль по туннелю. В этом случае его кинетическая энергия уменьшится, а потенциальная будет параллельно возрастать (мяч будет набирать высоту).
Из предыдущего примера мы можем сделать несколько выводов. Первый в том, что понятие потенциальной энергии связано с понятием силы. В самом деле, чтобы объект обладал потенциальной энергией, необходимо, чтобы он мог достичь энергии кинетической, то есть он должен быть способен приобрести ускорение. А где ускорение, там и сила, что приводит нас к выражению F→; = ma→;.
Таким образом, своим существованием потенциальная энергия в предыдущем примере обязана силе тяжести, ее называют потенциальной энергией силы тяжести.
С другой стороны, в предыдущем примере мы констатируем, что энергия мяча сохранилась во время его движения. Сохранение энергии – важная идея физики, но ее надо рассматривать с осторожностью. В этом мы убедимся в следующем параграфе.
