作者callmedance (NightFury)
看板Physics
標題[問題] 初學者問位能
時間Thu Nov 2 08:36:16 2023
想請教國中理化觀念，當一個物體m被外力F等速提起來高度d，
此時我們說外力做正功=F*d，重力做負功= -mgd，
兩個大小相同正負相反，所以對物體來說沒有動能變化。
那為什麼又要說位能是外力做功儲存起來的結果，
一直很困擾位能這個觀念
上網查了一些說法，以下這個很接近我想問的問題
用手拿木塊，把他往上抬高。從能量角度來看有兩種說法:
(1)你的手對這個木塊作功，所以能量提高。
(2)考慮重力和你的手的作用力方向相反
所以做的總功是0，那多出來的位能哪來的？
這個多出來位能到底該怎麼思考比較好呢?
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1F：推 pphhxx: 做功=轉移能量，是一個動態行為 11/02 09:38
2F：→ pphhxx: 人對物體做正功(能量從人轉移到物體身上) 11/02 09:39
3F：→ pphhxx: 同時重力對物體做負功(能量從物體轉移到??) 11/02 09:40
4F：→ pphhxx: 對物體來說，能量一出一進，所以物體沒有得到動能 11/02 09:40
5F：→ pphhxx: 但是能量轉移到哪裡了呢？ 上面的??就是儲存起來的位能 11/02 09:41
6F：→ cloudwolf: 位能跟功的關係，要從"保守力"開始。 11/02 11:32
7F：→ cloudwolf: 物理學家發現，某些力在對移動做功的時候，與物體移動 11/02 11:34
8F：→ cloudwolf: 路徑無關，只與物體位置變化有關。 11/02 11:34
9F：→ cloudwolf: 所以觸發了"位能"的概念，用這個概念來處理保守力做的 11/02 11:36
10F：→ cloudwolf: 功，就會比較方便簡單。 11/02 11:36
11F：→ cloudwolf: 以手拿木塊抬高來看，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計算。 11/02 11:37
13F：→ cloudwolf: 因為這等於是重複計算了重力的影響。 11/02 11:39
14F：→ cloudwolf: 不引入位能的概念:手拿木塊出力F等速上升d高度。W=F*d 11/02 11:41
15F：→ cloudwolf: 因為等速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:手拿木塊出力F等速上升d高度。W=F*d 11/02 11:44
17F：→ cloudwolf: 因為等速F=-mg.木塊位置上升d，重力位能變化W'=mg*d 11/02 11:48
18F：→ cloudwolf: 外力作功=能量變化 W=W' 11/02 11:49
19F：→ callmedance: 感謝兩位的說明，我感覺比較懂了 11/02 15:00
20F：推 alfa871212: 非保守力作功 力學能變化 11/03 21:21
21F：→ alfa871212: 保守力作功 負的位能變化 11/03 21:21
22F：→ alfa871212: 合力作功 動能變化 11/03 21:21
23F：→ alfa871212: 用這樣想比較容易 11/03 21:23
24F：推 ERT312: "所以做的總功是0，那多出來的位能哪來的？" 11/05 22:28
25F：→ ERT312: 只考慮木塊(視為單一質點)是不會有位能的 11/05 22:29
26F：→ ERT312: 必須要有兩個質點以上才會有位能 11/05 22:30
27F：→ cloudwolf: "位能"是"只與位置有關的能量"。從"外力做功"的觀點來 11/06 01:07
28F：→ cloudwolf: 看。並不需要"兩個質點以上"這種必要條件。 11/06 01:08
29F：推 ERT312: 精確一點講，位能是與兩個物體的"相對位置"有關，只有一個 11/06 08:19
30F：→ ERT312: 粒子無法談位能，位能也不是一個粒子可單獨具有。 11/06 08:21
31F：→ ERT312: 若只與位置有關，換個慣性座標之後，位能可能就會跟時間有 11/06 08:23
32F：→ ERT312: 關了。 11/06 08:23
33F：→ cloudwolf: 只要在一定的空間中，存在一個保守力場。就可以定義該 11/06 17:20
34F：→ cloudwolf: 空間的位能分布。 11/06 17:21
35F：→ cloudwolf: 如果該保守力是重力，通常會稱相對應的位能叫重力位能 11/06 17:23
36F：→ cloudwolf: 如果保守力是庫倫力，那就會稱呼為電位能 11/06 17:23
37F：→ cloudwolf: 而從場的觀點出發，只要確定要討論的空間中是屬於保守 11/06 17:29
38F：→ cloudwolf: 力場即可。產生場的來源可以在空間內，也可以在空間外 11/06 17:30
39F：→ cloudwolf: 甚至搞不清楚場的來源都沒關係，空間外的場是否為保守 11/06 17:30
40F：→ cloudwolf: 力場也不重要。只要在討論的空間中是保守力場就可以使 11/06 17:31
41F：→ cloudwolf: 用"位能"系統這樣方便的理論來處理該保守力做功的問題 11/06 17:33
42F：推 Vulpix: 那就是要看與場源之間的相對位置的意思啦。 11/06 23:31