先備知識力的概念

力學能守恆的條件

先考慮沒有摩擦的情況。將小物體從固定的光滑軌道上由靜止釋放,物體會通過底部,再沿另一側的斜面上升。

高さ⁠1.0 m⁠から放すと、反対側ではどの高さまで上がるか?

用公式解釋現象

  1. 1從運動方程式出發mdvdt=⁠F……
  2. 2等式兩邊同乘速度mvdvdt=⁠Fv……
  3. 3將左邊寫成對時間的微分d(½mv²)dt=⁠Fv……
  4. 4將速度寫成位置對時間的微分d(½mv²)dt=⁠Fdxdt……
  5. 5將力寫成位能對位置的微分d(½mv²)dt=⁠−(dUdx)dxdt……
  6. 6將右邊寫成對時間的微分d(½mv²)dt=⁠−dUdt……
  7. 7等式兩邊同加dU/dt⁠,並合併為總能量對時間的微分d(½mv² + U)dt=⁠0……
  8. 8確認不隨時間改變的物理量½mv² + U=⁠定值……
  9. 9將守恆條件套用至沿軌道的運動m dvdt=⁠−m g sinθ=⁠−d(m g y)ds……
  10. 10利用守恆定律,令釋放點與最高點的能量相等y最高=⁠h₀……
  11. 有摩擦的情況:求出力學能的減少量
  12. 11求出摩擦力作功造成的能量減少量y最高=⁠h₀−⁠μ L……