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(zhì)量越大、位置越高、做功本領(lǐng)越大,物體具有的重力勢能就越多。
判斷一個(gè)物體是否具有重力勢能,關(guān)鍵看此物體相對某一個(gè)平面有沒(méi)有被舉高,即相對此平面有沒(méi)有一定的高度。若有,則物體具有重力勢能,若沒(méi)有,則物體不具有重力勢能。
在物理學(xué)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(shí)僅比較數值;而重力勢能中正數一率大于負數。在重力勢能的表示式中,由于高度h是相對的,因此重力勢能的數值也是相對的。我們說(shuō)某個(gè)物體具有重力勢能mgh,這是相對于某一個(gè)水平面來(lái)說(shuō)的,把這個(gè)水平面的高度取做零,這個(gè)水平面稱(chēng)為參考平面,物體位于這個(gè)參考平面上時(shí),重力勢能為零,因此參考平面也稱(chēng)為零勢能平面。經(jīng)典物理對重力勢能的理解就是當一個(gè)物體處在一個(gè)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(shuō)重力勢能是多少。但并不是說(shuō)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(dòng)所具有的能量,叫機械能。包括動(dòng)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(wàn)有引力是同性質(zhì)的力,因此在物體的高度不能忽略時(shí),將重力勢能稱(chēng)作引力勢能更合適些,也就是說(shuō),重力勢能就是引力勢能,在目前的考綱中,除專(zhuān)門(mén)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(wàn)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(gè)物體僅受萬(wàn)有引力而相互吸引的重力勢能:
兩個(gè)物體僅受萬(wàn)有引力而相互吸引的過(guò)程其實(shí)挺復雜的,首先要把二體問(wèn)題(兩個(gè)物體之間由于引力運動(dòng)的問(wèn)題)轉化為單體問(wèn)題(一個(gè)物體受到另一個(gè)固定的物體的引力而運動(dòng)的問(wèn)題,轉化的方法在某些普通物理教材和理論物理力學(xué)教材當中有講),再把直線(xiàn)運動(dòng)的過(guò)程看成是橢圓運動(dòng)過(guò)程的極限,根據開(kāi)普勒第三定律求解。另外,如果求的是碰撞前的瞬時(shí)速度的話(huà),可以先用動(dòng)量守恒判斷出碰撞前兩個(gè)物體的速度之比,再用機械能守恒求出碰撞時(shí)的速度,不過(guò)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(zhì)點(diǎn)的話(huà)碰前一剎那的引力勢能為負無(wú)窮大。
如果考慮g是變量的話(huà),那么重力勢能就過(guò)渡到引力勢能,引力勢能表達式是-GMm/r,不過(guò)零勢能處在無(wú)窮遠。
重力勢能的公式:Ep=mgh。
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