3.5 保守力与非保守力、势能
NeutronProton
编辑于 2024年01月24日 07:14
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一、保守力与非保守力

1. 做功与路径无关的力称为保守力. 反之称为非保守力.

例如摩擦力,路径不同,其做功大小不同,是非保守力. 

摩擦力做功

例如万有引力,路径不同,其做功大小相同,是保守力. 

万有引力做功

2. 常见的保守力

①重力;②万有引力;③弹性力;④电磁力

:物体受到的万有引力可以分解为重力与做圆周运动的向心力. 绕地球旋转的物体重力为零,万有引力等于向心力,即失重. 

二、势能

势能

三、保守力做功

1. 重力

①大家已经很熟悉,重力做功可以写为

W%3D-(mgy_B-mgy_A)

②重力做功表达式出了初末位置mgy的变化,所以重力势能可以写为

E_p%3Dmgy

2. 万有引力

①物体mA点移动到B点,m%26%2339%3B对其万有引力做功与路径无关,可以写为

W%3DGm%26%2339%3Bm(%5Cfrac%7B1%7D%7Br_B%7D-%5Cfrac%7B1%7D%7Br_A%7D)

万有引力做功示意图

②引力势能

引力做功还可以改写为

W%3D-%5B-(%5Cfrac%7BGm%26%2339%3Bm%7D%7Br_B%7D)-(%5Cfrac%7BGm%26%2339%3Bm%7D%7Br_A%7D)%5D

万有引力为保守力,保守力存在一个只与位置相关的能量,即势能. 而上式给出了从A点移动到B-(%5Cfrac%7BGm%26%2339%3Bm%7D%7Br%7D)的变化,所以引力势能可以写为

E_p%3D-(%5Cfrac%7BGm%26%2339%3Bm%7D%7Br%7D)

3. 弹性力

①弹性力做功可以写为

W%3D-(%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dkx_2%5E2-%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dkx_1%5E2)

②弹性势能

弹性力做功表达式出了初末位置%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dkx%5E2的变化,所以弹性势能可以写为

E_p%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dkx%5E2

注:

①保守力做功等于势能改变的负值:

W%3D-(E_%7Bp2%7D-E_%7Bp1%7D)%3D-%5CDelta%20E

以重力为例,当物体下降时,重力做正功,重力势能减少.

②势能具有相对性,势能大小与势能零点的选取有关,但是势能差与零点选取无关.