重力势能

势能概念

        势能:势能是相互作用的物体凭借其相对位置而具有的能量。

        

重力势能

        物体在地球表面受到重力作用,当物体被举高时,需要外力克服物体重力做功,而物体被举高后,如果下落,重力会对其做功而使其具有动能。可见高处的物体由于受重力而具有能量。

        

        物体由于被举高而具有的能叫做重力势能(gravitational potential energy)。是物体在重力的作用下而具有由空间位置决定的能量,大小与确定其空间位置所选取的参考点(零势面)有关。物体在空间某点处的重力势能等于使物体从该点运动到零势面时重力所作的功。

        也可以说物体的重力势能,等于从零势面到空间某一点,外力对物体克服重力所做的功。


重力势能大小

        重力势能大小由地球和地面上物体的相对位置决定。物体的质量越大、相对的位置越高、做的功越多,从而使物体具有的重力势能变大,它的表达式为:Ep=mgh。其中,m为物体的质量,h为物体所在位置到零势面的高度差。

        

决定因素

        物体重力势能的大小由地球对物体的引力大小以及地球和地面上物体的相对位置决定。物体质量越大、位置越高、做功本领越大,物体具有的重力势能就越多。

        重力势能的公式:Ep=mgh Ep为重力势能,m为质量,g为地球表面重力加速度,在大多数情况下,h为物体距离零势面的竖直高度)

        由于万有引力和g都因距离而变化,所以Ep=mgh只能解决地球表面问题。

        


重力势能是标量

      单位为焦(J)。与功不同的是,功的正负号表示作用效果,比较大小时仅比较数值;

        重力势能为正,表示物体在零势面之上,物体到达零势面过程中,重力做正功;

        重力势能为负,表示物体在零势面之下,物体到达零势面过程中,重力做负功,也就是需要外力做功,物体才能升高。重力势能中正数一律大于负数。

        在重力势能的表示式中,由于高度h是相对的,因此重力势能的数值也是相对的。


重力势能与重力做功

        重力势能与物体的高度位置有关,物体所处位置越高,其重力势能越大。

        物体从高位置向低位置运动,重力做正功,重力势能减小,做功的大小与重力势能减小量是相等的。

        物体从低位置向高位置运动,重力做负功,重力势能增加,做功的绝对值与重力势能增加量是相等的。

        重力做功的正负性是根据做功的定义来判定的,重力做功的大小只与初末位置的竖直高度有关,与物体的运动路径无关。