重力位能(Gravitational Potential Energy) - 科學Online
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重力位能即為重力所作的功,可分為地表上的重力位能與多質點系統間的重力位能。
由於保守力所作的功等於位能變化的負值,即. W=-∆U 一物體在重力場內由A ...
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重力位能(GravitationalPotentialEnergy)
台中縣常春藤高級中學物理科李品慧老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯
重力位能即為重力所作的功,可分為地表上的重力位能與多質點系統間的重力位能。
由於保守力所作的功等於位能變化的負值,即
W=-∆U
一物體在重力場內由A點落至B點,此時重力對物體作正功,而重力位能則減少同樣的量值;相反的,若由B點升至A點,重力對物體作負功,重力位能則增加。
地表上的重力位能
僅管重力場強度隨地點而變,地表與重力場源距離變化不大,我們可將重力視為常數,這使得地表上的重力位能被簡化為
Ug=mgh
∆Ug=mg∆h=mghf-mghi
其中,
m為物體的質量,單位為公斤(kg)
g為重力場強度,單位為公尺/秒平方(m/s2)
h為物體所在的高度,單位為公尺(m)
∆h為物體高度的變化量
hf為物體的末高度
hi為物體的初始高度
重力位能的量值為相對的,習慣上我們常將地球表面的重力位能訂為基準零點,此時的重力位能即為其變化量。
多質點系統的重力位能
重力場強度為非定值時,我們必須用積分來計算重力位能。
將B質點由距A質點ri處移至rf處,其重力位能為
其中,G為重力常數,其值約等於6.67259×10-11(公尺3/公斤∙秒2)
M,m為A,B質點的質量,單位為公斤(kg)
習慣上,我們定義無窮遠處的重力位能為零,因此可推導出重力位能的一般式
重力位能的概念是建立於成對物體之間,其量值與兩物體的質量成正比,和兩者間的距離成反比,無法就個別物體分開計算,彼此皆可視為存在於對方所建立的重力場內。
如果一個系統內含有兩個或更多的粒子,則整個系統的重力位能等於所有成對粒子的重力位能之代數和,並為系統內的所有成員粒子所共享,且無從得知哪一個粒子分配有多少位能。
參考資料:
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_potential_energy#Gravitational_potential_energy
Tags:重力位能,重力場和重力加速度
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