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保存力と等ポテンシャル面

物理の教科書に「保存力の方向は等ポテンシャル面と直交することを示せ」という例題がありました. その中で分からない所があったの質問させていただきます. ■解答ここから 点rベクトルでの保存力をfベクトルとすれば,rベクトルからの無限小変位drベクトルに対して,エネルギーの変位dUは        dU=ーf・drベクトル・・・(1) となる.よって,rベクトル+drベクトルが等ポテンシャル面上にあるすべてのdrベクトルに対して,位置エネルギーの変化分dUはゼロである.すなわちfベクトル・drベクトル=0.(中略)このことから保存力fベクトルと等ポテンシャル面は直交することが示された. ■解答ここまで この解答内で「よって,~dUはゼロである」というところがありますが,「よって」は前に理由を求める言葉のはずです.式1はdU=0の理由にはなってないと思うのですが,どうでしょうか?よろしくお願いします. 個人的には「よって」を「ここで~であるから」という言葉に変えればいいのではないかと思ったのですが・・・

  • mk211
  • お礼率99% (120/121)

みんなの回答

回答No.1

「よって」は 「dU が位置エネルギーの変位を表しているので」 といいたいのだと思います。

mk211
質問者

お礼

回答ありがとうございます.

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 (2)積分して,初期値を添え字 o で,また空間的位置を R で表すと
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mV^2/2 - mVo^2/2 = ∫F・V dt = ∫F・dR...(2)
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∫F・V dt = ∫F・dRと変形できるのはどうしてなのでしょうか?

 (5)2)の不定積分は -φ(R) と書くことができます.   
>どうしてこう書けるのかわかりません。
 (6)φ(R)は位置 R だけに依存して,エネルギーの次元を持ちますから,位置エネルギーと呼ぶことができます
   >エネルギーの次元をもつとはどういうことですか?
 (7)
φを使うと(2)は
mV^2/2 - mVo^2/2 = -φ(R) + φ(Ro).   
>どうして不定積分なのに右辺はこう書けるのですか?
 大変質問が多いですが、教えてくださると助かります。どうかよろしくお願いします。 ↓もとの文章(保存力と力学的エネルギーの保存について) 『ベクトルを大文字で,スカラーを小文字で表すとします.質点の質量を m,速度を V,働く力を F,時間を t とすると,運動方程式は
m(d/dt)V = F...(1)
V との内積をとると
mV・(d/dt)V = F・V.
(d/dt)(mV^2/2) = F・V.
積分して,初期値を添え字 o で,また空間的位置を R で表すと
mV^2/2 - mVo^2/2 = ∫F・V dt = ∫F・dR...(2)
(2)の積分がその経路によらず,始点と終点だけで決まるような力 F を保存力といいますから,(2)の不定積分は -φ(R) と書くことができます.φ(R)は位置 R だけに依存して,エネルギーの次元を持ちますから,位置エネルギーと呼ぶことができます.φを使うと(2)は
mV^2/2 - mVo^2/2 = -φ(R) + φ(Ro).
よって,
mV^2/2 + φ(R) = mVo^2/2 + φ(Ro)...(3)
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