其實這是一篇早在FB發過的文章
原標題為"位能"
為了要整合這些文章
特地將它們都轉來這裡
還換了個比較有趣的標題XD
以下為正文:
在大一的時候，想過一個問題，困惑我很久
曾經找同學討論，我們有各自的論點
他沒辦法說服我，我也沒辦法說他錯，爾後便不了了之。
近來在網路上看到這篇文章解決了我的疑惑(如獲至寶啊~~~)
http://www.phy.ntnu.edu.tw/wiki/index.php/%E4%BD%8D%E8%83%BD
我在這裡整理一下，問題是這樣的:
有一個物體，施予外力使等速上升，直覺上動能不變、位能增加
但實際去分析此物受力狀況，往上的外力與往下的重力抵銷
也就是往上的外力做正功和重力做負功相互抵銷，物體其實不受外力的
不受外力，但位能增加，能量平白無故地變大了!
這能量到底從哪來?
Fig.1/ m為物體質量，F為外力，g為重力加速度，v為速度，h為物體質心高度
其實這段問題後來想想，是前後矛盾的
可以來分析一下~
在討論物體的受力狀態時得先決定其"系統"
才能判定誰是內力誰是外力
前面最大的問題就出在: 對於物體，重力到底算不算是外力?
這其實可以分成兩種情況討論:
1.視重力為外力
Fig.2/ 紅色框起處(物體本身)為系統
此時外力就有兩個: 重力和把物體往上拉的力
而這個時候因為重力為外力，故系統為物體本身
系統總能=動能
在上抬的過程中重力和往上抬的力抵銷，合力為零
在此系統不受力的情況下，系統總能守恆，也就是動能守恆!
對於等速上升的物體，這是可以預期的結論。
在這個條件下是沒有所謂的"位能"概念，只能說"重力做功"
如果放掉此物體，唯一的外力就是重力(有了外力，系統總能則不守恒)
重力方向與掉落方向相同，因此重力作正功使動能(系統總能)增加。
2.視重力為內力
Fig.3/ 紅色框起處(物體+其受重力)為系統
我們將作用在物體上的重力視為內力
所以系統為物體加上作用在其身上的重力!
這個時候外力只有一個: 把物體往上拉的力
這樣的講法有點模糊，或許我們引進"場"的概念會比較容易了解
所謂的場，概念上的解釋可以說成: 物體在空間中的感受。
這裡的感受就是受力，不同的位置感受的力不同，故場和位置直接相關。
這個時候就可以加上位能的概念~
物理上位能和場是相關的
如果還是很難懂，就把場想成是某個儲存位能的地方
所以系統為物體加上場
而系統的總能量就是物體的能量加上場儲存的能量(位能)
也就是: 系統總能=動能+位能
再回到一開始，我們把物體往上抬，
外力就是把物體往上抬的力
有了外力，所以系統總能會改變
其中因為等速，所以動能不變
又往上抬的力使物體位置提高，所以位能增加!
如果放掉物體，此時沒有外力，所以系統總能不變
換言之，動能加位能為定值
此時下落，位能降低而動能升高，速度就會愈來愈快。
比較兩者，就可以發現雖然我們選擇不同的系統
但描述的是同一個現象!
我想這就是物理好玩的地方~
我們可以用很多不同的角度，但遵守同樣的規則去分析一件事情
而得到相同的結論
其實這個的道理也可以用在很多不同的事情上
重點是去思考事件的本質和它遵守的規則=")
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