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從壓縮彈簧說起物質是如何蘊含勢能

時間:2021-12-15 10:03:49

  為什么呢?因為其實對于高中所學習的知識,甚至于非材料科學/凝聚態物理這些著重研究物質內稟屬性的知識,對物質的認知,沿著從微觀到宏觀的路線是脫節的。是的。在化學學科,我們知道物質由分子組成,分子則由原子或離子構成;壓縮彈簧在物理學科,我們能夠通過給定物質的比熱容計算升高一攝氏度需要多少焦耳的能量,我們能夠計算物塊的自由落體,計算碰撞物體間的動量守恒,一個人站在靜止的船上往岸上扔貨物會導致船往遠離岸邊的方向以怎樣的速度運動。

  正是由于這個不經過細致的審查就無法察覺到的知識的漏洞,導致文章最開始的這個問題變得看起來無從下手。在討論被壓縮彈簧在被腐蝕后彈性勢能到哪里去這個問題之前,需要優先解決的問題是從高中學到能量這個概念后我們就了解到,機械能主要分為兩大類,分別是動能和勢能,不同于勢能,前者直接能夠通過物質運動的速度、關系直觀地體悟到—勢能的存在看起來頗為玄妙。為了對抗魔王,勇者攀登到山頂能夠獲得被稱為重力勢能的巨大能量。擁有龐大勢能的系統和不擁有勢能的系統到底有什么區別?
  重力勢能的累積是在重力場(更廣義地說,是萬有引力場)中實現的,由于物體被舉起,遠離了它本來能夠到達的、最接近引力中心(地心)的位置,因而具有了回到這樣一個位置的趨勢,并引起勢能。一般在計算中,我們約定俗成地以這樣一個其力所能及能夠到達的最接近地心的位置為勢能零點,即地面。而如果挖個坑呢?當然在坑上方釋放物體,它會掉到坑里,而不會停在與周圍地面同樣高度的空中:因為它力所能及能到達更接近地心的坑里。

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