如何详细推导证明引力势能和重力势能的一致性呢?
它们的一致性不需要证明,因为它们本事就是一个东西。地球上的重力和引力没有本质的不同,在研究卫星运动和机械能方面它们完全是一会事。但需要说明的是,不少人认为重力的大小不变,而引力的大小随着高度的变化而变化。这是错误的。我们平时把重力当成恒力是有条件的,即涉及的高度范围和地球半径相比可以忽略不计,如果高度等于地球的半径,则那个地方的重力加速度为地面处的四分之一。
为什么引力势能的表达式是E=-GMm/r?写一下推倒过程,拜托!
楼上的式子是对的,不过可以不用积分做
取无穷远处势能为0
取星体质量M,距离星体r远处有一质量m物体,将此物体移远一小段距离,到r1远处,由于移动极小,可取平均引力F=GMm/rr1
则平均做功W1=F(r1-r)=GMm/r-GMm/r1
类似的,再移远一小段距离,至r2处,
W2=GMm/r1-GMm/r2
W3=GMm/r2-GMm/r3
……
Wn=GMm/r(n-1)-GMm/rn
rn趋于无穷大
累加后W总=-GMm/r=0-Ep
所以导出Ep=-GMm/r
均匀球壳内部一质点的势能 均匀球壳的引力势能公式: 壳内 :-GMm/R (R是球壳的半径) 求证明
首先,实际情况是:一个均匀球壳,对球壳内物质的万有引力为零,而对球壳外物质的万有引力相当于球壳的质量都集中到球心那样。
我先证明第一问球壳内万有引力为0,如果需要第二问我再奉上。
球壳单位面积的质量密度为σ=M/4πR^2
对于壳内任意一点,做锥角极小的对顶圆锥,分别截球面面积为S1和S2,且该点到两球面的距离为r1和r2;可得S1正比于r1^2,S2正比于r2^2。
下面我证明,两球面产生的万有引力相互抵消。F1=GmσS1/r1^2=kσGm;F2=GmσS2/r2^2=kσGm(S1正比于r1^2,S2正比于r2^2,设比例系数为常数k)。可得F1和F2大小相等,方向相反。过该点做一系列的这些对顶小圆锥最终覆盖球面,所有的都是相互抵消。
故球壳内部万有引力为0。
球壳内的引力为0。所以势能等于球壳表面引力势能,相当于将质量集中在球心处时半径R处的势能,以无穷远处势能为0,则为-GMm/R