2.1
假设一个人施加力量将物体从位置1推到位置2,造成小幅位移。
该力所做的总功是位移过程中所有微小功的总和。
将牛顿第二定律应用于方程并积分,将所做的功与动能变化联系起来。这一关系称为功-能量定理。
这个总功也可以用势能的变化来表示。
当物体被抛向空中时,其势能增加,动能减少。另一方面,当物体落回地球时,它获得动能,同时失去相当数量的势能。
通过将动能变化定为势能变化,则动能和势能的总和——统称为机械能——保持不变,前提是仅有保守力作用于物体。
经典力学用数学方法描述了物体在受力影响下的运动。该领域的一个关键原理是功-能定理,它在物体上所做的净功与其动能之间建立了桥梁。
功-能定理指出,所有作用于粒子的力对粒子所做的净功等于其动能的变化。
简单来说,功-能定理是一种分析力对物体运动影响的方法,而无需深入牛顿第二定律的复杂性。它考虑了所有作用于物体的力的累积功,从而提供了对物体动能变化的洞见。
为了更好地理解这一点,我们举个例子。考虑在无摩擦表面上推动一个块体。你施加的力对块体做功,使其加速,从而增加动能。这种动能的增加恰好等于施加力所做的功,说明了功-能定理。
然而,如果我们考虑同一块体在有摩擦力的表面上运动,情况就不同了。现在,摩擦力也在对方块做功,但方向与其运动方向相反。摩擦产生的负功导致块体动能下降,减缓速度。
该定理不仅适用于线性运动,也适用于弯曲路径或不规则曲面,而在这些领域,解牛顿第二定律可能具有挑战性。
功能定理在已知物体运动但作用力未知时也很有用。通过考察所做的功及其作用距离,可以获得有关相关力的宝贵信息。
假设一个人施加力量将物体从位置1推到位置2,造成小幅位移。
该力所做的总功是位移过程中所有微小功的总和。
将牛顿第二定律应用于方程并积分,将所做的功与动能变化联系起来。这一关系称为功-能量定理。
这个总功也可以用势能的变化来表示。
当物体被抛向空中时,其势能增加,动能减少。另一方面,当物体落回地球时,它获得动能,同时失去相当数量的势能。
通过将动能变化定为势能变化,则动能和势能的总和——统称为机械能——保持不变,前提是仅有保守力作用于物体。
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