勢能係落斜坡呀!
勢能
勢能(又稱作位能)是儲存於一個系統內的能量。它可以釋放或者轉化為其他形式的能力,如動能。之所以稱之為勢能是因為在勢能被釋放時,有改變系統內物體狀態(廣義的,包括位置、形態等)的趨勢。勢能可以存在於一個物體內(如壓縮的彈簧的彈性勢能、某一物質的分子勢能等),也可以存在於多個物體間(如人和地球間的重力勢能,帶電體見的電勢能)。
作為能量勢能以焦耳(J)作為單位,由於測量勢能多以其作功的能力,故也常用牛米(Nm)。
目錄[隱藏]
1 引力勢能
1.1 影響因素
1.2 通用的引力勢能計算
2 彈性勢能
2.1 計算彈性勢能
3 電勢能
3.1 靜電勢能
3.2 電動勢能
3.3 核勢能
4 熱勢能
引力勢能
引力勢能(也稱重力勢能)是由引力場產生的一種勢能。因為引力是永恆的,所以引力勢能是無限能(E=G)。如果一個物體在重力場中從A點下降到了B點,那麼重力就要對這個物體做功,但物體的重力勢能不會改變,物體靜止時,重力與支持力相互抵消; 物體下落,是因為沒有了支持力,重力有了做功的條件,該條件是通過外力對該物體做功(舉高物體)而獲得的(除掉阻力——支持力)。 在大型天體表面(如地球上),由於物體距表面之間的距離和其質量遠小於天體的半徑和質量,物體周圍的引力場可視為是均勻的,人們為了簡化計算將重力加速度定為常數g,即可得出以下公式:
圖片參考:
http://upload.wikimedia.org/math/5/c/a/5cae7b8df225302047416664b8c1bce8.png
。
其中PE為重力勢能或其變化量,m為物體質量,g為重力加速度常數,h為物體的絕對高度或高度變化量。 在地球上g的值約為9.8ms-2,在不通地區稍有不同,這個值已經包括了和地球自轉所需的向心力造成的差別。
影響因素
從公式可以看出,影響位能強度的因素有:
物體的質量:較重的物體,所具有的位能亦較強。
地心吸力的強度:如在月球上,把物體抬高至與在地球的高度一樣時,其所需能量不及地球,因為在月球受月心吸引力,比在地球受地心吸引力為小。
物體所在位置的高度:物體位置離地面較高的,所具有的位能亦較強。
通用的引力勢能計算
以上的公式只適用於特定的情況,對於任意兩物體間的引力勢能,可用下列公式計算:
圖片參考:
http://upload.wikimedia.org/math/6/3/5/635f300aed017d26076d06f94bbc8379.png
。
其中G是萬有引力常數,m1、m2是兩物體的質量,R是兩物體(質點)間的距離。這個公式是運用勢能的定義,將牛頓萬有引力定律公式對R進行積分得來的,形式上看只是少了一個平方,這個推導過程與電勢能的相似。
[編輯] 彈性勢能
彈性位能是物體因為彈性形變而產生的位能。舉例把一條橡皮筋放在向橫拉直,橡皮筋因為具有彈性,最終會彈回原形。在位置上被拉長的橡皮筋兩端,彈回原形時兩端位置亦彈回。假定整條像皮筋沒有移動過,而僅僅拉直過的話,橡皮筋彈回原形所產生的能量,便是彈性位能。
計算彈性勢能
圖片參考:
http://upload.wikimedia.org/math/0/1/c/01c58b4708d07704aec94c651ec32de7.png
其中k是彈性係數,x是長度變化量。