Потенциальная энергия в гравитационном поле (в поле всемирного тяготения).

Установленный Ньютоном закон всемирного тяготения гласит:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Гравитационная сила или сила тяготения – это сила, с которой две материальные точки притягивают друг друга, пропорциональная массам этих точек и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними , где g – гравитационная постоянная. Эта сила направлена вдоль прямой, проходящей через взаимодействующие материальные точки.

Рассмотрим два тела массами m₁, m₂ (считаем их материальными точками) и будем их сближать от расстояния r₁ до r₂.

Элементарная работа на пути dr будет . Полная работа

.

Т.е. . Величина

(3.11)

называется потенциальной энергией тела в поле всемирного тяготения.

Если между телами действует сила притяжения, то U_p< 0;

если между телами действует сила отталкивания, то U_p> 0.

Из выражения (3.11) следует, что максимальное значение потенциальной энергии тяготеющие тела будут иметь тогда, когда они бесконечно (r = ¥) удалены друг от друга (U_p = 0).

Введем величину называемую потенциалом гравитационного поля.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Потенциал – это скалярная величина, численно равная работе по перемещению в гравитационном поле тела единичной массы из данной точки поля на бесконечность (r=¥).

; или . Поле можно характеризовать потенциальной энергией, которой обладает в данном месте материальная точка.

Получаем, что . Зная потенциал, можно вычислить работу, совершаемую над частицей массой «m» силами поля при перемещении ее из положения 1 в положение 2: .

В потенциальном поле можно провести поверхность, имеющую одинаковый потенциал. Такая поверхность называется эквипотенциальной.