Вопрос о расчете потенциальной энергии

Во время занятий по физике я думал, что формула mgh вычисляет гравитационную потенциальную энергию отдельного объекта на расстоянии h от земли.

Однако недавно я узнал, что неразумно говорить о гравитационной потенциальной энергии отдельного объекта. Таким образом, mgh фактически вычисляет гравитационную потенциальную энергию системы, состоящей из земли и шара.

Это, однако, вызвало у меня некоторую путаницу в отношении происхождения mgh.

Так:

изменение потенциальной энергии = - (точечный продукт силы и перемещения)

Я могу поднять мяч над землей на высоту h.

Пока я поднимаю мяч, Земля притягивает вниз силу тяжести, равную mg, а мяч перемещается вверх на h.

Скалярное произведение силы и перемещения равно -mgh.

Следовательно, изменение потенциальной энергии земли и шара равно -(-mgh) или mgh.


В предыдущем примере мы рассмотрели случай, когда земля действует на шар с силой.

Мы должны получить тот же ответ, если рассмотрим случай, когда мяч действует на землю с силой.

Так:

изменение потенциальной энергии = - (точечный продукт силы и перемещения)

Я могу поднять мяч над землей на высоту h.

Пока я поднимаю мяч, мяч оказывает гравитационную силу в мг вверх, а Земля имеет смещение 0.

Скалярное произведение силы и смещения равно 0.

Следовательно, изменение потенциальной энергии земли и шара равно 0.


Я не уверен, что я сделал неправильно здесь.

Когда мы рассматриваем смещение, должны ли мы учитывать относительное смещение одного объекта по отношению к другому?

Любая помощь будет оценена по достоинству.

Не могли бы вы тогда сказать мне, каково смещение Земли? Также является ли смещение, которое мы рассматриваем, относительным смещением между землей и футбольным мячом?

Ответы (1)

Однако недавно я узнал, что неразумно говорить о гравитационной потенциальной энергии отдельного объекта. Таким образом, mgh фактически вычисляет гравитационную потенциальную энергию системы, состоящей из земли и шара.

Это абсолютно правильно. Потенциальная энергия (любого вида) является свойством системы, а не отдельного объекта, потому что эта энергия зависит от положения объекта относительно чего-то другого.

Следовательно, изменение потенциальной энергии земли и шара равно 0.

Вывод неверный. Не пытаясь описать каждый шаг, который вы предприняли, чтобы прийти к этому заключению, позвольте мне просто подытожить происходящее. Возможно, это поможет вам понять, почему вы пришли к неверному выводу.

Когда вы поднимаете предмет с земли, находящийся в состоянии покоя, на высоту час в состоянии покоя над землей вы совершаете над объектом положительную работу, равную м г час . В то же время, однако, гравитация совершает равное количество отрицательной работы, равное м г час потому что его сила противоположна направлению смещения, так что чистая работа, выполненная над объектом, равна нулю. Все это означает, согласно принципу работы энергии, изменение кинетической энергии между землей в состоянии покоя и высотой час в состоянии покоя равно нулю, что, очевидно, правильно, если оно началось и закончилось в состоянии покоя. Так куда же делась энергия, которую вы вложили в объект, поднимающий его?

Ответ: гравитация, совершая равное количество отрицательной работы, забирала энергию, которую вы передали шару, и сохраняла ее в виде гравитационной потенциальной энергии системы шар-земля, как вы узнали изначально.

Вы приводите очень интуитивный аргумент о том, почему формула mgh верна. Однако, не могли бы вы указать, что я сделал неправильно в своем выводе.

ХОРОШО. Итак, давайте рассмотрим ваш анализ шаг за шагом:

Так:

изменение потенциальной энергии = - (точечный продукт силы и перемещения)

Да. Потому что изменение потенциальной энергии происходит из-за гравитации. Скалярное произведение силы тяжести и смещения отрицательно. Негатив того негатива, который является позитивом.

Пока я поднимаю мяч, мяч оказывает гравитационную силу в мг вверх, а Земля имеет смещение 0. Скалярное произведение силы и смещения равно 0.

Технически смещение Земли не равно нулю, но оно достаточно близко к нулю, чтобы сказать, что это верно в отношении скалярного произведения смещения Земли и силы тяжести, равной нулю. В любом случае это всего лишь изменение потенциальной энергии земной части системы шар-земля.

Следовательно, изменение потенциальной энергии земли и шара равно 0.

Здесь вы ошибаетесь. Тот факт, что изменение потенциальной энергии Земли равно нулю, не означает, что изменение потенциальной энергии системы шар-земля равно нулю. Это изменение равно м г час где м это масса мяча.

Надеюсь это поможет.

Спасибо за ваш ответ. Вы приводите очень интуитивный аргумент о том, почему формула mgh верна. Однако, не могли бы вы указать, что я сделал неправильно в своем выводе. Еще раз спасибо.
@PranavJain Поскольку мой ответ не привел к тому, что вы узнали, почему ваш вывод был неверным, мне потребуется больше времени, чтобы изучить ваш вывод. Пожалуйста, будьте терпеливы.
Нет проблем, спасибо за ваше время.
@PranavJain Я обновил свой ответ. Надеюсь, поможет.
Большое спасибо. Это очень ясное объяснение. Таким образом, вы, по сути, утверждаете: изменение PE системы = изменение PE земли (по отношению к шару) + изменение PE шара (по отношению к земле). Поскольку изменение PE земли (относительно шара) практически равно 0, нам нужно учитывать только изменение PE шара (относительно земли). Если это так, пожалуйста, дайте мне знать и еще раз спасибо!
@PranavJain Думаю, ты понял.