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(二)能量方法的选择依据
1.已知初末状态的优势
1.当我们知道物体在引力场中的初末状态时,例如一个物体从某一高度自由下落到另一高度,我们只关心起始和结束的高度差等状态量。此时,能量方法可以直接利用能量守恒定律。能量守恒定律表明,在只有保守力(如引力)作用的系统中,机械能(动能和势能之和)是守恒的。
2.具体计算时,我们可以根据势能的变化来计算物体的运动情况。对于一个质量为m的物体在高度为h1和h2的两点间运动,其势能变化\Delta U = mg(h1 - h2),这种计算不需要考虑物体在下落过程中的具体加速、减速等运动细节。
2.不关心具体运动过程的合理性
1.在很多情况下,物体在引力场中的运动过程可能非常复杂,例如受到空气阻力、其他天体的微扰等。如果要精确描述运动过程,需要建立复杂的动力学方程并求解。然而,当我们只关心初末状态时,如计算从地球表面发射卫星到某一轨道高度所需的能量,我们可以忽略卫星在发射过程中的具体飞行轨迹、姿态调整等复杂过程,只关注发射点和轨道点的能量状态,这样可以大大简化计算。
在球体引力空间积分中,在球表面取点具有特殊的物理意义和数学计算上的便利性,与在球内取点存在明显区别。同时,在已知初末状态而不关心具体运动过程时,选择能量方法是一种高效合理的研究手段。这种取点位置的选择和能量方法的运用在天体物理学、航天工程等领域有着广泛的应用价值。
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