引力势能公式怎么推导的

投稿:淡然微笑 优质问答领域创作者 发布时间:2023-12-29 16:01:31
引力势能公式怎么推导的

引力势能(Gravitational potential energy)是指物体由于在重力场中的位置而具有的能量。引力势能可以用以下公式来表示:

Ep = -G * (m1 * m2) / r

其中,

Ep表示引力势能,

G表示万有引力常数(常数值为6.67430 × 10^-11 N·(m/kg)^2),

m1和m2表示两个物体的质量,

r表示两个物体之间的距离。

现在我们来推导一下这个公式:

1. 假设有两个质量分别为m1和m2的物体,它们之间的距离为r。

2. 根据万有引力定律,两个物体之间的引力大小可以用以下公式表示:

F = G * (m1 * m2) / r^2

其中,F表示引力的大小。

3. 引力势能的定义是物体在引力场中由于位置而具有的能量,而引力的大小和引力势能之间有如下关系:

F = -dEp/dr

其中,dEp/dr表示引力势能随距离r的变化率。

4. 将第2步中的引力公式代入第3步的关系式中,得到:

-G * (m1 * m2) / r^2 = -dEp/dr

5. 对上述方程两边进行积分,得到:

∫(-G * (m1 * m2) / r^2) dr = ∫-dEp

6. 对左边的积分进行计算,得到:

G * (m1 * m2) / r = Ep + C

其中,C是积分常数。

7. 移项整理得到:

Ep = -G * (m1 * m2) / r + C

由于引力势能在无穷远处为零,即当r趋近于无穷大时Ep趋近于零,因此C为零。

8. 最终得到引力势能的公式为:

Ep = -G * (m1 * m2) / r

这就是引力势能的推导过程。