您當前的位置:首頁 > 攝影

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

U(x)

在平衡點

x=0

附近做個最簡單的泰勒展開,

U(x)=U(0)+U

忽略高次項。其中零次常數項

U(0)

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

U

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

U(x)\approx\frac{U

求個導就得到了力與偏移量一次線性相關的表現

F=-\frac{\partial U(x)}{\partial x}\approx-U

這其實就是所謂的勁度係數的物理根源:

k=U

,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。

標簽: 勢能  彈性  平衡態  近似  材料