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三维力和势能
8.10
力和势能表达式可以推广到三维空间。
考虑一个在三维空间中运动的粒子,其所受的保守力是三个空间坐标的函数。
沿空间坐标的力可以表示为势能变化与沿该坐标位移的负比值。当位移极小时,该比值转化为导数。
将三个空间坐标方向上的力相加,合力可表示为势能对各坐标偏导数的矢量和,再乘以相应的单位矢量。
因此,三维空间中的力可以表示为势能函数梯度的负值。
为了验证力与势能之间的关系,可考虑重力势能。将其代入力与能量的关系式后,即可得到重力的表达式。
考虑一个粒子在保守力的作用下移动,该力沿每个坐标轴都有分量。 力的每个分量都是坐标的函数。 势能函数 U 也是所有三个空间坐标的函数。 一维的力可以写成势能变化与沿该坐标的位移的负比。 对于最小位移,比率变成导数。 如果函数有多个变量,则导数只取偏导数指定的变量; 其他变量保持不变。 因此,沿着三个…