JoVE Logo

Entrar

8.10 : Força e Energia Potencial em Três Dimensões

Consider a particle moving under the action of a conservative force that has components along each coordinate axis. Each component of force is a function of the coordinates. The potential energy function U is also a function of all three spatial coordinates. Force in one dimension can be written as the negative ratio of potential energy change to the displacement along that coordinate. For minimal displacement, the ratios become derivatives. If a function has many variables, the derivative only takes the variable that the partial derivative specifies; the other variables are held constant. Thus, adding the force along the three spatial coordinates, the net force can be written as the vector sum of partial derivatives of potential energy with respect to each coordinate, multiplied by the corresponding unit vector. In other words, force in three dimensions can be expressed as the negative of the gradient of the potential energy function.

Let us understand this with the help of an example. The potential energy of a 3-dimensional force is given by

Figure1

where k is a constant. Derive Fx, Fy, and Fz, and then describe the total force at each point in terms of its coordinates. Here, the known quantity is potential energy. The unknown quantities Fx, Fy,Fz, and the total force vector need to be calculated. Force is related to potential energy by the following equation:

Figure2

Substitution of U in the above equation gives the expression for Fx, Fy, andFz in terms of the coordinates x, y, and z. The vector force is the sum of the force along each coordinate. In other words,

Figure3

Substituting the values of Fx, Fy, andFz in the above equation, we get the net force vector as

Figure4

This text is adapted from Openstax, University Physics Volume 1, Section 8.4: Potential Energy Diagrams and Stability.

Tags

ForcePotential EnergyThree DimensionsConservative ForcePartial DerivativesGradientVector SumKinetic EnergyPotential Energy Function

Do Capítulo 8:

article

Now Playing

8.10 : Força e Energia Potencial em Três Dimensões

Energia Potencial e Conservação de Energia

4.8K Visualizações

article

8.1 : Energia Potencial Gravitacional

Energia Potencial e Conservação de Energia

17.1K Visualizações

article

8.2 : Energia Potencial Elástica

Energia Potencial e Conservação de Energia

17.4K Visualizações

article

8.3 : Conservação da Energia Mecânica

Energia Potencial e Conservação de Energia

15.5K Visualizações

article

8.4 : Trabalho realizado em um sistema por uma força externa

Energia Potencial e Conservação de Energia

2.0K Visualizações

article

8.5 : Forças Conservativas

Energia Potencial e Conservação de Energia

11.8K Visualizações

article

8.6 : Forças Não-Conservativas

Energia Potencial e Conservação de Energia

7.4K Visualizações

article

8.7 : Conservação de Energia

Energia Potencial e Conservação de Energia

8.7K Visualizações

article

8.8 : Conservação de Energia: Aplicação

Energia Potencial e Conservação de Energia

6.4K Visualizações

article

8.9 : Força e Energia Potencial em Uma Dimensão

Energia Potencial e Conservação de Energia

5.3K Visualizações

article

8.11 : Diagramas de Energia - I

Energia Potencial e Conservação de Energia

4.9K Visualizações

article

8.12 : Diagramas de Energia - II

Energia Potencial e Conservação de Energia

4.6K Visualizações

JoVE Logo

Privacidade

Termos de uso

Políticas

Pesquisa

Educação

SOBRE A JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados