关键词语:动量守恒定律 动能定理 能量守恒定律 重力势能
正文内容:
物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能势能。本来重力势能属于系统共有,但是我们经常说“某个物体具有多少重力势能”,又是为什么呢?因为重力势能的大小可以通过重力做功的多少来体现。由动能定理知道,合外力对物体做的功等于物体动能的改变。当我们学过动量守恒定律以后,就可以运用动能定理和能量守恒定律,加以简单推导,分析得出物体的势能在运动过程中物体势能的转化与分成。
我们通过物体在水平面上的运动进行分析,如:在光滑水平面上,有两个物体m1,m2原来保持静止,两者之间有相互引力作用。根据定义,它们的总势能为Ep,放开后它们向中间加速运动,在碰撞前瞬时速度分别达到v1和v2,此时它们的总势能最终转化为二者的动能。
则由动量守恒定律得:m1v1=m2v2
又由能量转化与守恒定律得:1/2m1v12+1/2m2v22=Ep
联立解得:EK1=1/2m1V12=m2Ep/(m1+m2)
EK2=1/2m2V22=m1EP/(m1+m2)
EK1 / EK2 = m2/m1
若m1=m2,则Ek1=1/2EP, Ek2=1/2EP
若m1<<m2,则Ek1≈Ep, Ek2≈0
若m1>>m2,则Ek1≈0,Ek2≈Ep
地球表面的物体由于重力的作用,它和地球之间就共同拥有重力势能,当二者之间靠拢时它们的重力势能转化为二者的动能。由于物体质量m1<<m2(地球的质量),物体与地球共有的重力势能几乎完全转化为物体的动能,也就是物体获得的动能Ek1≈Ep,几乎等于它们共有的全部重力势能;地球获得的动能Ek2≈0。这就是我们说某个物体具有多少重力势能的缘故,在通常的运算中就把二者共有的重力势能看成了物体的重力势能。选择好零势面后,得Ep=mgh。
另外点电荷在电场具有多少电势能的说法也是这个缘故,也可计算求得。
实际上,EK1 / EK2 = m2/m1,通过运算可知,在动能与势能的相互转化过程中,物体的势能转化与分成与其自身质量成反比。若物体的质量大小关系不确定,就冒然说物体具有多少势能就不够准确的。