保守力做功公式(一)
保守力做功公式
在物理学中, 保守力做功公式是一个重要的概念。
保守力是指做
功与路径无关的力,而做功则是力对物体做的功。
在这篇文章中,将
介绍保守力做功公式以及一些相关的公式,并通过举例进行解释说明。
保守力和非保守力
•保守力:保守力是指在特定路径下,力所做的功与路径无关。
它只与起点和终点的位置有关。
例如,重力和弹簧力都
是保守力。
保守力与势能(potential energy)密切相关。
•非保守力:非保守力是指在特定路径下,力所做的功与路径有关。
摩擦力和空气阻力都是非保守力。
非保守力导致系
统的机械能发生改变。
保守力做功公式
保守力做功公式可以表示为:
W=−ΔU
其中: - W表示力所做的功; -
ΔU
表示势能的变化。
根据这个公式,如果势能增加,力所做的功为负;如果势能减少,力所做的功为正。
示例
示例 1:重力做功
考虑一个物体沿直线向上抛掷并上升到最高点。
在上升过程中,
重力对物体做的功为负。
我们可以使用保守力做功公式来计算。
假设物体的质量为m,上升的高度为h,重力加速度为g。
在最高点,物体的势能为0。
因此,势能的变化为
ΔU=−mgℎ
其中h为负值。
根据保守力做功公式,重力对物体做的功为
W=−(−mgℎ)=mgℎ
可以看到,重力对物体做的功为正,这也符合我们的直觉。
物体
上升时,重力做正功,输给了物体。
示例 2:弹簧力做功
考虑一个弹簧振子,当振子从一个最大幅度位置经过过盪点后,
达到另一个最大幅度位置。
在振子的运动过程中,弹簧力对振子做的
功既正也负。
假设振子相对过盪点的位移为x,弹簧的劲度系数为k。
在过盪点,势能为0。
因此,势能的变化为
ΔU=−1
2
kx2
根据保守力做功公式,弹簧力对振子做的功为
W=−(−1
2
kx2)=
1
2
kx2
可以看到,当振子从最大幅度位置向过盪点运动时,弹簧力对振
子做的功为正;当振子从过盪点向最大幅度位置运动时,弹簧力对振
子做的功为负。
这也符合我们对弹簧振子运动过程的直观理解。
总结
在这篇文章中,我们介绍了保守力做功公式以及与之相关的概念。
保守力是指做功与路径无关的力,而非保守力是指做功与路径有关的力。
根据保守力做功公式,保守力对物体做的功与势能的变化成反比。
通过示例,我们进一步了解了如何应用该公式进行计算和解释。
希望这篇文章对你理解保守力做功公式有所帮助!。