
势能是储存于系统内的能量,它可以被释放或转化为其他形式的能量。作为一种状态量,势能也被称为位能。势能不属于单一物体,而是相互作用物体的共有属性。势能的大小通过保守力所做的功来衡量,这种力存在于体系内的各个物体之间。通常提及一个物体的势能,实际上是一种简化的表达。势能是相对的,因为选择不同的势能零点会导致不同的数值。
按照作用性质的不同,势能可以分为几种形式,包括引力势能、弹性势能、电势能和核势能。在力学中,我们讨论的主要是引力势能和弹力势能。
1. 引力势能:它是指物体在引力场中具有的能量。在物理学中,通常将无穷远处定义为引力势能的零势能点。引力势能的表达式为E = -GMm/r,其中G是引力常数,M是产生引力场的物体的质量,m是研究对象的质量,r是两者质心之间的距离。
2. 弹性势能:当物体发生弹性形变时,其各部分之间由于弹力的相互作用而具有的势能被称为弹性势能。弹性势能与物体的形变量直接相关:形变越大,弹性势能就越多;反之,则越小。
3. 电势能:在静电学领域,电势能描述的是电荷分布在电场中所具有的势能,它与电荷在系统内部的分布有关。电势能的单位是焦耳,而电势的单位是伏特。电势能与电势是不同的物理量,后者定义为每单位电荷所具有的电势能。