1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : الفيزياء الكلاسيكية : الميكانيك :

Gravitational Potential Energy

المؤلف:  Professor John W. Norbury

المصدر:  ELEMENTARY MECHANICS & THERMODYNAMICS

الجزء والصفحة:  p 163

29-12-2016

2703

Gravitational Potential Energy

Let's briefly recall our ideas about work and energy. The total work was defined as . By substituting  we found the work was always equal to the change in kinetic energy, i.e.

The total work consisted of two parts namely, conservative WC and non-conservative WNC. We defined potential energy U via

giving

or

which we called the work-energy theorem. Now K is always given by  (which came from ) but U is different for different forces (because ). For a spring force  we found . For gravity near the surface of Earth,  we found U = mgy. For universal gravitation  we will find that the gravitational potential energy is

Example For gravity near the surface of Earth, prove that U = mgy.

Solution  Let's do it again.

Now . Thus

giving

giving

or just

Example For universal gravitation, prove that .

Solution

giving

    

giving

or just

Recall that we also had an alternative way of finding U without having to work out the integral . We had . Ignoring the vectors we write

meaning that we must have

This occurs because

Example For universal gravitation , derive U without doing an integral.

Solution For universal gravitation, the question is what U will give

The answer is . Let's check:

which is the F we started with!

Escape Speed

If you throw a ball up in the air it always comes back down. If you throw it faster it goes higher before returning. There is a speed, called the escape speed, such that the ball will not return at all. Let's find out what this is.

Example Calculate the speed with which a ball must be thrown, so that it never returns to the ground.

Solution The ball usually returns to the ground because of its gravitational potential energy  . However if we can throw the ball to an infinite distance, r = 1, then U will be zero and the ball will not return. We want to throw the ball so that it just barely escapes to infinity, that is its speed, when it gets to infinity, has dropped off to zero. Using conservation of energy we have

or

where M is the mass of Earth, m is the mass of the ball and R is the radius of Earth, because we throw the ball from the surface of Earth. vi is the escape speed that we are looking for. Thus

and m cancels out giving

for the escape speed. Now the mass and radius of Earth are M = 6× 1024 kg and R = 6370 km, giving

Now you can see that if M is very large or R is very small then the escape speed gets very big. The speed of light is c = 3 × 108 m/sec. You can imagine an object so massive or so small that the escape speed is bigger than the speed of light. Then light itself cannot escape. Such an object is called a Black Hole.

Example To what size would we need to squeeze Earth to turn it into a Black Hole ?

Solution Let's set the escape speed equal to the speed of light c = 3× 108 m/sec. Thus

giving

(where M = mass of Earth = 6 × 1024 kg). Thus if we could squeeze the Earth to only 4 mm it would be a black hole!

Example The size of the universe is about 10 billion light years and its total mass is about 1053 kg. Calculate the escape speed for the universe.

Solution A light year is the distance that light travels in one year. Thus

Thus

which is 1.2 times the speed of light. Thus is our universe really a black hole? Do we actually live inside a black hole?

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي