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2011年注冊環(huán)保工程師輔導:(理論力學)重力勢能

發(fā)表時間:2011/2/21 13:53:25 來源:互聯(lián)網(wǎng) 點擊關注微信:關注中大網(wǎng)校微信
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物體由于被舉高而具有的能叫做重力勢能(gravitational potential energy)。

對于重力勢能,其大小由地球和地面上物體的相對位置決定。物體質量越大、位置越高、做功本領越大,物體具有的重力勢能就越多。

判斷一個物體是否具有重力勢能,關鍵看此物體相對某一個平面有沒有被舉高,即相對此平面有沒有一定的高度。若有,則物體具有重力勢能,若沒有,則物體不具有重力勢能。

在物理學中把mgh叫做重力勢能,用E表示,即E(p)=mgh。[( )內為下標]   重力勢能是標量,單位為焦(J)。與功不同的是,功的正負號表示作用效果,比較大小時僅比較數(shù)值;而重力勢能中正數(shù)一率大于負數(shù).在重力勢能的表示式中,由于高度h是相對的,因此重力勢能的數(shù)值也是相對的。我們說某個物體具有重力勢能mgh,這是相對于某一個水平面來說的,把這個水平面的高度取做零,這個水平面稱為參考平面,物體位于這個參考平面上時,重力勢能為零,因此參考平面也稱為零勢能平面。經典物理對重力勢能的理解就是當一個物體處在一個位置,相對于參照平面,重力可以對物體做多少功,使物體獲得多少其他形式的能量,就說重力勢能是多少.   但并不是說重力勢能為0就不具備做功的能力,這是由其的相對性決定的.

物體由于做機械運動所具有的能量,叫機械能。包括動能、勢能兩種,勢能又包括重力勢能和彈性勢能,由于重力和萬有引力是同性質的力,因此在物體的高度不能忽略時,將重力勢能稱作引力勢能更合適些,也就是說,重力勢能就是引力勢能,在目前的考綱中,除專門討論重力隨物體在地球上的位置(緯度和高度)變化而變化外,認為重力等于萬有引力,因此也可以認為物體的重力勢能等于引力勢能。

*為下標。

兩個物體僅受萬有引力而相互吸引的重力勢能:

兩個物體僅受萬有引力而相互吸引的過程其實挺復雜的,首先要把二體問題(兩個物體之間由于引力運動的問題)轉化為單體問題(一個物體受到另一個固定的物體的引力而運動的問題,轉化的方法在某些普通物理教材和理論物理力學教材當中有講),再把直線運動的過程看成是橢圓運動過程的極限,根據(jù)開普勒第三定律求解。另外,如果求的是碰撞前的瞬時速度的話,可以先用動量守恒判斷出碰撞前兩個物體的速度之比,再用機械能守恒求出碰撞時的速度,不過這種方法要求碰撞的物體是有大小的球體,否則只把它們看作質點的話碰前一剎那的引力勢能為負無窮大。

如果考慮g是變量的話,那么重力勢能就過渡到引力勢能,引力勢能表達式是-GMm/r,不過零勢能處在無窮遠。

重力勢能的公式:Ep=mgh

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