粒子之間的力場不是與距離成平方反比的關係嗎?為什麼胡克定律就是與距離成一次方正比了?
作者:由 匿名使用者 發表于 攝影時間:2019-06-01
謝邀。
任何材料,不論它的粒子之間的勢能具體形式是什麼樣的(一般來說其實也不是平方反比),只要對這個任意的勢能曲線
在平衡點
附近做個最簡單的泰勒展開,
忽略高次項。其中零次常數項
由於勢能的零點任意性總可以取為零,即便不是零也不影響後面計算力的大小;一次項係數
在平衡態處為零;那麼最小隻能保留到二次近似,自然就得到了勢能與平衡態偏離量二次相關的形式
求個導就得到了力與偏移量一次線性相關的表現
這其實就是所謂的勁度係數的物理根源:
,當然與材料有關。這也是為什麼彈性材料總有個彈性限度:如此簡單的線性形式,本來就是個在平衡位置附近的近似結果。
更一般而言,幾乎所有系統在平衡態附近都是可以做近似的線性處理的(都有這種彈性性質),只要對應的作用勢曲線是二階可微的。我們稱之為廣義的彈性響應。這也說明彈性不是個什麼non-trival的東西,相反它太必然了。