Меня смущают изменения гравитационной потенциальной энергии, чистой внешней силы и теоремы о работе-энергии.
Я понимаю, что для системы с одной частицей результирующая внешняя сила приводит к изменению кинетической энергии, и, таким образом, над системой (частицей) совершается работа.
Что меня смущает, так это работа, проделанная над системой, и увеличение гравитационной потенциальной энергии.
Если я определяю систему как включающую книгу + Землю (где я нахожусь вне системы) и поднимаю книгу с постоянной скоростью, то чистая сила, действующая на систему, не равна нулю - верно? Однако чистая сила, действующая на книгу, равна нулю. Итак, согласно второму закону Ньютона, система должна ускоряться, и должно происходить изменение кинетической энергии, и, таким образом, над системой будет совершаться работа.
Однако в большинстве книг утверждается, что не происходит изменения кинетической энергии, а вместо этого изменяется потенциальная энергия. Как я могу приложить к системе внешнюю силу, увеличивая энергию системы, но не ускоряя систему? Если количество кинетической энергии остается постоянным, совершается ли работа над системой?
Работа не всегда связана с изменением кинетической энергии. Я полагаю, что ваше замешательство происходит из-за неправильного применения теоремы о работе и энергии. Работа равна изменению кинетической энергии только в том случае, если отсутствуют потенциальные поля (т. е. теорема о работе-энергии применима только к свободным твердым телам). Одним из таких полей является гравитация, поэтому можно совершать работу, не изменяя кинетической энергии.
Представьте, что вы прикладываете силу к своей книге вверх, равную ее весу, через мгновение после того, как она упала с полки и уже имеет небольшую скорость вниз.
Он будет продолжать падать, но без ускорения. Таким образом, даже после приложения силы книга теряет свою потенциальную энергию. Сила только что отменила гравитацию и убрала ускорение.
В примере у вас есть, когда вы прикладываете силу вверх, без горизонтальных компонентов, происходят три вещи. - F < W
Книга упадет, но с ускорением менее g. И его кинетическая энергия будет увеличиваться за счет работы силы тяжести Земли.
Книга сохранит свою скорость или останется неподвижной, если она не двигалась. Без изменения кинетической энергии.
Книга будет подниматься с ускорением с начальной скоростью, которую она имеет в момент приложения силы. И его кинетическая энергия увеличится.
Представьте Землю и книгу как вашу систему.
Вам нужно приложить внешнюю силу к книге и равную и противоположную внешнюю силу к Земле, чтобы «поднять» книгу, если вы не хотите ускорять центр масс вашей системы.
Если рассматривать книгу как систему, на нее действуют две равные и противоположные силы: гравитационное притяжение книги Землей и приложенная внешняя сила, поэтому чистая работа, совершаемая над книгой, равна нулю, а кинетическая энергия книги равна нулю. не изменить.
То же самое можно сказать и о Земле как о системе, над которой тоже не совершается работа, поэтому кинетическая энергия Земли не меняется.
Гравитационная потенциальная энергия - это то, чем книга и система Земли обладают совместно, и внешние силы работают над книгой и системой Земли, увеличивая расстояние между ними, тем самым увеличивая гравитационную потенциальную энергию книги и системы Земли.
Оценка работы, проделанной внешними силами, обычно ограничивается работой, проделанной внешней силой над книгой, потому что расстояние, которое перемещает книга, намного больше, чем расстояние, которое перемещает Земля, поскольку Земля намного массивнее книги. .
ConfusedinPhysics