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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(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(xué)中把mgh叫做重力勢能,用E表示,即E(p)=mgh。[( )內(nèi)為下標(biāo)] 重力勢能是標(biāo)量,單位為焦(J)。與功不同的是,功的正負(fù)號表示作用效果,比較大小時(shí)僅比較數(shù)值;而重力勢能中正數(shù)一率大于負(fù)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(gè)物體具有重力勢能mgh,這是相對于某一個(gè)水平面來說的,把這個(gè)水平面的高度取做零,這個(gè)水平面稱為參考平面,物體位于這個(gè)參考平面上時(shí),重力勢能為零,因此參考平面也稱為零勢能平面。經(jīng)典物理對重力勢能的理解就是當(dāng)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(jī)械運(yùn)動所具有的能量,叫機(jī)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(zhì)的力,因此在物體的高度不能忽略時(shí),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(rèn)為重力等于萬有引力,因此也可以認(rèn)為物體的重力勢能等于引力勢能。
*為下標(biāo)。
兩個(gè)物體僅受萬有引力而相互吸引的重力勢能:
兩個(gè)物體僅受萬有引力而相互吸引的過程其實(shí)挺復(fù)雜的,首先要把二體問題(兩個(gè)物體之間由于引力運(yùn)動的問題)轉(zhuǎn)化為單體問題(一個(gè)物體受到另一個(gè)固定的物體的引力而運(yùn)動的問題,轉(zhuǎn)化的方法在某些普通物理教材和理論物理力學(xué)教材當(dāng)中有講),再把直線運(yùn)動的過程看成是橢圓運(yùn)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(shí)速度的話,可以先用動量守恒判斷出碰撞前兩個(gè)物體的速度之比,再用機(jī)械能守恒求出碰撞時(shí)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(zhì)點(diǎn)的話碰前一剎那的引力勢能為負(fù)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(dá)式是-GMm/r,不過零勢能處在無窮遠(yuǎn)。
重力勢能的公式:Ep=mgh
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(責(zé)任編輯:中大編輯)
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