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解答

因為環沒有厚度,根據定義,該點重力位能無定義
但一般我們也不太討論r->0的物理情況

以下是chatgpt給的回覆
#chatgpt含數學式的回覆一般使用markdown格式,可以複製後放上dillinger.io正常顯示數學式

在经典力学中,重力位能(gravitational potential energy)是一个物体由于其在引力场中的位置而具有的能量。对于质量为 \( m \) 的物体在地球表面附近的重力位能 \( U \),可以用以下公式表示:

\[ U = mgh \]

其中:
- \( m \) 是物体的质量,
- \( g \) 是地球表面的重力加速度(大约 \( 9.8 \, \text{m/s}^2 \)),
- \( h \) 是物体距离参考点(通常是地球表面)的位置高度。

然而,这个公式假设 \( h \) 相对于地球半径来说很小。如果我们考虑物体在距离地球中心任意距离 \( r \) 处的重力位能,我们需要使用更通用的公式。

对质量 \( m \) 的物体在距离质量 \( M \) 的中心 \( r \) 处的重力位能是:

\[ U = - \frac{G M m}{r} \]

其中:
- \( G \) 是引力常数(约为 \( 6.674 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{kg}^{-2} \)),
- \( M \) 是引力源的质量(例如地球的质量约为 \( 5.972 \times 10^{24} \, \text{kg} \)),
- \( r \) 是物体距离引力源中心的距离。

当 \( r = 0 \) 时,即物体位于引力源的中心,根据公式重力位能 \( U \) 将趋向于负无穷大。然而,物理上在这种情况下是没有意义的,因为在现实情况下,物体不能处于一个具有有限体积和密度的天体的中心,且经典引力公式在 \( r \) 非常小时不再适用,需要考虑广义相对论等更复杂的理论。

因此,对于经典力学中的重力位能,当 \( r \) 趋近于0时,重力位能趋向负无穷,但这仅仅是数学上的结论,物理上这种情况不可实现。

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