3.1 Năng lượng
3.4. Trường phái Sức mạnh và Tiềm năng
1. trSức mạnh
Khái niệmGiới thiệu về Trường lực:
Trường lực: Khi có không gian, mọi hạt trong không gian sẽ có một lực f tác dụng lên hạt. Sau đó, chúng tôi nói rằng trong không gian đó có
Có một trường lực.
Lực f tác dụng lên một hạt thường phụ thuộc vào vị trí, tức là một hàm của tọa độ, và cũng có thể là một hàm của thời gian t. Khi chỉ coi f là một hàm theo tọa độ, chúng ta có:
Công do lực f thực hiện khi hạt chuyển động từ vị trí m đến vị trí n bất kỳ bằng (h. 3.4):
Nếu công amn của lực f không phụ thuộc vào đường chuyển động của mn mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu m và điểm cuối n thì ta nói: trường lực là a
Trường lực và lực f(r) được gọi là lực: – Tính chất của trường lực:
Khi một hạt chuyển động dọc theo một đường cong kín trong một trường thế, công do lực thực hiện bằng không.
2. Ví dụ về trường lực
Mọi thứ đứng gần Trái đất đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn: p=mg. Trong một không gian nhỏ mà trọng lực p không đổi cả về hướng và độ lớn, ta nói rằng cótrọng lực trường trong không gian đó. Chúng tôi chứng minh rằng lực hấp dẫn là trường lực. Muốn vậy, ta tính công hấp dẫn p khi một hạt khối lượng m chuyển động từ vị trí m ở độ cao h1 đến vị trí n ở độ cao h2 (h. 3.5).
Vậy thì công hấp dẫn là:
Vì dscosα=−dh: độ cao giảm tương ứng với độ dịch chuyển rất nhỏ ds, nên:
Ta thấy công amn chỉ phụ thuộc vào h1 và h2 tức là chỉ phụ thuộc vào vị trí của m và n chứ không phụ thuộc vào đường dời nên trọng lực là trường lực còn trọng lực là lực có vị trí.
3. thế năng
a) Xác định Xác định
Vì công của thế năng chỉ phụ thuộc vào vị trí ban đầu m và vị trí cuối cùng n nên ứng với mỗi vị trí, hãy nhập một đại lượng gọi là thế năng wt, theo định nghĩa:
Thế năng của một hạt trong trường thế là một hàm wt phụ thuộc vào vị trí của hạt sao cho:
Từ (3.15) chúng ta thấy rằng nếu wt(m) và wt(n) thêm cùng một hằng số c, thì mối quan hệ được xác định ở trên vẫn đúng, nói cách khác:
Thế năng của một hạt tại một vị trí được xác định khác nhau bởi một hằng sốcộng.
Do đó, trong trường hấp dẫn đều, biểu thức tính thế năng của hạt ở độ cao h được suy ra từ (3.14):
Hằng số c phụ thuộc vào việc lựa chọn dữ liệu thế năng. b) thuộc tính
– Tại một vị trí, thế năng được xác định bởi sự khác nhau về hằng số cộng, nhưng sự khác biệt về thế năng giữa hai vị trí là hoàn toàn xác định.
– Mối quan hệ giữa thế năng và thế năng: công do thế năng thực hiện bằng độ giảm thế năng:
c) Ý nghĩa của thế năng
Thế năng là dạng năng lượng đặc trưng của một tương tác.