作者callmedance (NightFury)
看板Physics
标题[问题] 初学者问位能
时间Thu Nov 2 08:36:16 2023
想请教国中理化观念，当一个物体m被外力F等速提起来高度d，
此时我们说外力做正功=F*d，重力做负功= -mgd，
两个大小相同正负相反，所以对物体来说没有动能变化。
那为什麽又要说位能是外力做功储存起来的结果，
一直很困扰位能这个观念
上网查了一些说法，以下这个很接近我想问的问题
用手拿木块，把他往上抬高。从能量角度来看有两种说法:
(1)你的手对这个木块作功，所以能量提高。
(2)考虑重力和你的手的作用力方向相反
所以做的总功是0，那多出来的位能哪来的？
这个多出来位能到底该怎麽思考比较好呢?
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1F：推 pphhxx: 做功=转移能量，是一个动态行为 11/02 09:38
2F：→ pphhxx: 人对物体做正功(能量从人转移到物体身上) 11/02 09:39
3F：→ pphhxx: 同时重力对物体做负功(能量从物体转移到??) 11/02 09:40
4F：→ pphhxx: 对物体来说，能量一出一进，所以物体没有得到动能 11/02 09:40
5F：→ pphhxx: 但是能量转移到哪里了呢？ 上面的??就是储存起来的位能 11/02 09:41
6F：→ cloudwolf: 位能跟功的关系，要从"保守力"开始。 11/02 11:32
7F：→ cloudwolf: 物理学家发现，某些力在对移动做功的时候，与物体移动 11/02 11:34
8F：→ cloudwolf: 路径无关，只与物体位置变化有关。 11/02 11:34
9F：→ cloudwolf: 所以触发了"位能"的概念，用这个概念来处理保守力做的 11/02 11:36
10F：→ cloudwolf: 功，就会比较方便简单。 11/02 11:36
11F：→ cloudwolf: 以手拿木块抬高来看，如果要引入重力位能的概念，那就 11/02 11:37
12F：→ cloudwolf: 不要引入重力做功的计算。 11/02 11:37
13F：→ cloudwolf: 因为这等於是重复计算了重力的影响。 11/02 11:39
14F：→ cloudwolf: 不引入位能的概念:手拿木块出力F等速上升d高度。W=F*d 11/02 11:41
15F：→ cloudwolf: 因为等速F=-mg，重力作功W'=mg*d=-F*d。合力作功W+W'=0 11/02 11:43
16F：→ cloudwolf: 引入位能的概念:手拿木块出力F等速上升d高度。W=F*d 11/02 11:44
17F：→ cloudwolf: 因为等速F=-mg.木块位置上升d，重力位能变化W'=mg*d 11/02 11:48
18F：→ cloudwolf: 外力作功=能量变化 W=W' 11/02 11:49
19F：→ callmedance: 感谢两位的说明，我感觉比较懂了 11/02 15:00
20F：推 alfa871212: 非保守力作功 力学能变化 11/03 21:21
21F：→ alfa871212: 保守力作功 负的位能变化 11/03 21:21
22F：→ alfa871212: 合力作功 动能变化 11/03 21:21
23F：→ alfa871212: 用这样想比较容易 11/03 21:23
24F：推 ERT312: "所以做的总功是0，那多出来的位能哪来的？" 11/05 22:28
25F：→ ERT312: 只考虑木块(视为单一质点)是不会有位能的 11/05 22:29
26F：→ ERT312: 必须要有两个质点以上才会有位能 11/05 22:30
27F：→ cloudwolf: "位能"是"只与位置有关的能量"。从"外力做功"的观点来 11/06 01:07
28F：→ cloudwolf: 看。并不需要"两个质点以上"这种必要条件。 11/06 01:08
29F：推 ERT312: 精确一点讲，位能是与两个物体的"相对位置"有关，只有一个 11/06 08:19
30F：→ ERT312: 粒子无法谈位能，位能也不是一个粒子可单独具有。 11/06 08:21
31F：→ ERT312: 若只与位置有关，换个惯性座标之後，位能可能就会跟时间有 11/06 08:23
32F：→ ERT312: 关了。 11/06 08:23
33F：→ cloudwolf: 只要在一定的空间中，存在一个保守力场。就可以定义该 11/06 17:20
34F：→ cloudwolf: 空间的位能分布。 11/06 17:21
35F：→ cloudwolf: 如果该保守力是重力，通常会称相对应的位能叫重力位能 11/06 17:23
36F：→ cloudwolf: 如果保守力是库伦力，那就会称呼为电位能 11/06 17:23
37F：→ cloudwolf: 而从场的观点出发，只要确定要讨论的空间中是属於保守 11/06 17:29
38F：→ cloudwolf: 力场即可。产生场的来源可以在空间内，也可以在空间外 11/06 17:30
39F：→ cloudwolf: 甚至搞不清楚场的来源都没关系，空间外的场是否为保守 11/06 17:30
40F：→ cloudwolf: 力场也不重要。只要在讨论的空间中是保守力场就可以使 11/06 17:31
41F：→ cloudwolf: 用"位能"系统这样方便的理论来处理该保守力做功的问题 11/06 17:33
42F：推 Vulpix: 那就是要看与场源之间的相对位置的意思啦。 11/06 23:31