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其中“势能减少量=动能增加量”便是守恒理念.
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“势能减少量=保守力作功量”,给出了势能差的计算途径.质点在无穷小位移dl中若受保守力F,那么质点在其间的势能减少量为
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积分得
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其中a到b的路径可任选.(3.20)式可确定任意两个点位置间的势能差,如果再设定某一点位置的势能取零,便可相对地确定所有其他点位置的势能值.势能零点具有任选性,如果可能,常选F=0点为势能零点.
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● 重力势能
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取地面系,讨论范围内无重力为零的点,视方便选定某点重力势能为零,该点所在水平面σ0上所有点的重力势能便都为零,于是经常省略地说成取某水平面σ0的重力势能为零.据(3.3)和(3.20)式,质量m的质点在水平面σ0上方h处具有重力势能
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质点在σ0下方时,h<0,上式仍适用.
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在地面附近相对地面系平动的惯性系中,重力仍是保守力,质点m在那些惯性系中的重力势能仍取(3.21)式表述.
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质点系各质点重力势能之和称为质点系重力势能.质点系存在一个重心,将质点系各质点所受重力平移到重心处,求和后对应的重力势能即为质点系重力势能.质量分布和几何形状都是对称的物体,重心在它的中心位置,例如匀质球体、匀质球壳、匀质圆柱体(包括圆板、细杆、细绳)匀质长方体(包括长方板)的重心都在各自中心.一般质点系的重心位置与质点系的质心位置重合,质心将在第5章中介绍.
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● 弹性势能
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在任一惯性系中,图3-2所示的弹性力是保守力.图中直弹簧无形变时右端物块受弹性力为零,取该位置为弹性势能零点,据(3.4)和(3.20)式,物块在x位置时的弹性势能为
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弹性力与同方向的保守性常力能合成力零点平移的弹性力,也可引入相应的弹性势能.例如,图3-10所示在地面系中的竖直弹簧下端连接的物体,既有重力势能,也有弹簧力对应的弹性势能.将物体所处力平衡位置取为原点O,设置竖直向下的y坐标,此时弹簧已伸长
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