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输入计算

数学公式

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结果

重力势能
490.5
焦耳(J)
质量 10 kg
重力加速度 9.81 m/s²
高度 5 m

什么是重力势能?

重力势能(GPE 或 PE)是物体由于在重力场中所处位置而具有的能量。物体被抬得越高,所储存的势能就越大——一旦物体下落,这部分能量便会转化为动能释放出来。本计算器只需三个简单的输入项,即可算出这部分储存的能量:质量、重力加速度和高度。

物体被抬升到离地面高度 h 处,展示重力势能
重力势能取决于物体的质量、高度和重力。

如何使用本计算器

输入物体的质量(单位:千克),重力加速度(地球表面取 9.81 m/s²,月球取 1.62,火星取 3.71),以及相对于所选参考点的高度(单位:米)。计算器会将这三个数值相乘,得出以焦耳(J)为单位的重力势能。

公式详解

计算公式为 $$PE = m \times g \times h$$,其中:

m = 物体的质量,单位为千克(kg)
g = 重力加速度,单位为米每二次方秒(m/s²)
h = 相对于参考面的高度,单位为米(m)

计算结果以焦耳为单位,其中 1 焦耳 = 1 \(\text{kg}\cdot\text{m}^2/\text{s}^2\)。重力势能总是相对于某个参考高度来衡量的,因此“h”指的是相对于你所设定的零点的垂直高度。

分解势能等于质量乘重力乘高度公式的示意图
该公式将质量、重力加速度和高度相乘。

计算实例

假设在地球上(g = 9.81 m/s²)将一个 10 kg 的箱子抬高到离地面 5 米处,那么 $$PE = 10 \times 9.81 \times 5 = 490.5 \text{ 焦耳}$$。如果这个箱子被放开下落,在即将触地的瞬间,这 490.5 J 的能量就会全部转化为动能。

常见问题

移动路径会影响重力势能吗? 不会。重力势能只取决于垂直高度的变化,与到达该位置所走的路线无关。

应该使用哪个重力加速度数值? 在地球上的日常计算中使用 9.81 m/s² 即可;如果是其他星球的场景,则使用相应星球的重力加速度数值。

重力势能可以是负值吗? 可以。如果高度位于所选参考点之下,结果就会是负值——它只是表示物体相对于零点的位置而已。

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