定義
在相互作用力是“耗散力”(如摩擦力)時,設物體由A點(假設它是勢能零點)移到B點克服它做功為W,當物體由B點回到A點時,它并不能對物體做功(如克服摩擦力做功時,物體的動能轉化為内能,而無法利用這部分内能對物體做功),故不能說由于耗散力存在使物體具有了勢能。
與此相反,如果上述過程是在保守力作用下進行的,那麼物體從B回到A時,保守力對物體做的功正好等于W,這是因為保守力所做的功才隻與物體的初始和最終的相對位置有關。如果物體不受其它力的作用那麼這個功W就使物體得到同樣多的動能。故我們說物體在B點有勢能W。總之勢能的大小由體系内各物體之間保守力所作的功來量度。勢能是屬于物體系共有的能量,通常說一個物體的勢能,實際上是一種簡略的說法。勢能是一個相對量。選擇不同的勢能零點,勢能的數值一般是不同的。
動勢互換
(1)動能和重力勢能是可以相互轉化的。
在滾擺實驗中可以看到,滾擺旋轉着下降,越轉越快。到最低點時,滾擺轉而上升,上升中它越轉越慢,直到差不多回到原來的位置。然後它又下降、上升,重複原來的運動。滾擺下降時,它的重力勢能越來越小,動能越來越大,重力勢能轉化為動能。滾擺上升時,它的動能越來越小,重力勢能越來越大,動能轉化為重力勢能。
(2)動能和彈性勢能可以相互轉化
讓木球從斜槽滾入水平槽。在水平槽裡豎立一個彈簧片,它的下端固定。觀察木球與彈簧片碰撞的過程。木球接觸彈簧片後把彈簧片壓彎(甲→乙),木球的動能減小,彈簧片的彈性勢能增加,在這個過程中動能轉化為彈性勢能。緊接着,彈簧片恢複原狀,把木球彈回(乙→丙),在這個過程中彈性勢能轉化為動能。
(3)重力勢能和彈性勢能可以相互轉化
圖中,若考慮木球從斜槽上靜止下滑到彈簧片被壓彎到最大程度的全過程,重力勢能轉化為木球的動能,最終轉化為彈簧片的彈性勢能。當彈簧片恢複原狀時,木球可以運動到斜槽上某一高度,即彈性勢能轉化為重力勢能。
應用
導出一組對鉻鐵礦及其高壓相、分解産物都适用的Buckingham勢能參數,用于鉻鐵礦高壓相變、分解以及高壓相卸壓降溫過程的分子動力學模拟。首先,利用密度泛函理論(DFT)計算獲得鉻鐵礦、鈣鐵相、鈣钛相、FeO和Cr2O3不同體積時的結構和總能量。再根據晶格能與總能量之間的關系,由DFT所得結構和總能量,列出勢能參數所滿足方程組。應用遺傳算法這一全局優化算法獲得勢能參數。