解決済み

物理の惑星の問題で、□1の(2)でなぜ万有引力の位置エネルギーが負になるのでしょうか?(左辺右辺どちらの位置エネルギーも…基準を惑星Mをとって速さvで正方向に進めるのですがどうしてでしょう?)

ベストアンサー

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万有引力の位置エネルギーの基準は無限遠です。

位置エネルギーとは、基準点に到達するまでにその力がする仕事なので、「基準点に向かう向きが力の向きと逆」と考えれば分かりやすいでしょうか。


正確には、次のように考えることができます。

質量 MM の物体から距離 rr にあるときの質量 mm の物体が受ける万有引力は GMmr2\dfrac{GMm}{r^2} です。

したがって、距離 RR における万有引力の位置エネルギー UU は、

U=RGMmr2dr=GMm[1r]R=GMmR\begin{aligned}U=\int_{\infty}^R \dfrac{GMm}{r^2}dr &= GMm \left[ -\dfrac{1}{r} \right] _{\infty}^R \\&= -\dfrac{GMm}{R}\end{aligned}となります。


このように積分が出てくるので、とりあえず今は覚えてしまった方がよいと思います。

質問者からのお礼コメント

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大変助かりましたありがとうございます✌️

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