势能

  • 更新时间: 2016-12-05
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势能

势能Potential Energy),亦稱位能,是储存于一物理系统内的一种能量,是一个用来描述物体在保守力场中做功能力大小的物理量。保守力作功与路径无关,故可定义一个仅与位置有关的函数,使得保守力沿任意路径所做的功,可表达为这两点函数值的差,这个函数便是势能。

从物理意义上来说,势能表示了物体在特定位置上所储存的能量,描述了作功能力的大小。在适当的情况下,势能可以转化为诸如动能、内能等其他能量。

1 势能

势能的保守力定义

如果分别作用于两个质点上的作用力与反作用力作功与具体路径无关,只取决于相互作用质点初末位置,那么这样的一对力就叫作保守力。不满足这个条件的则称为非保守力。可以证明保守场的几个等价条件 ,于是我们得到保守力的性质有:

  1. 保守力沿给定两点间作功与路径无关;
  2. 保守力沿任意环路作功为零;
  3. 保守力可以表示为一个标量函数的(负)梯度;

推广到多质点体系和连续分布物体,如果一封闭系统中任意两个质点之间的作用力都是保守力,则称该系统为保守体系。保守体系的位形,即在保守体系中各质点的相对位置发生变化时,其间的相互作用力作功,作功之和只与各质点相对位置有关。将保守体系在保守力作用下的这种与相对位置相联系的作功的能力定义为一个函数,称为该保守体系的势能函数位能函数,简称势能位能[2]。这样,体系从一种位形变为另一种位形时对外界所作的功等于后者与前者的势能之差,从而赋予了势能函数以直观的物理意义。

除此之外,我们还可以将势能的定义从现在的基础上拓展。比如热学中气体分子间的相互作用势能,它是大量分子势能的和,实际不是用相对位置(位形)来描述的,而是用体积、温度、压强等热学参量。又如,在一些特定的约束条件下,某些平时是非保守力的力也成为了保守力[3],或者几种力的合力恰巧成为了一个保守力。


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