Силовое поле - часть пространства (ограниченная или неограниченная), в каждой точке к-рой на помещённую туда материальную частицу действует определённая по численной величине и направлению сила, зависящая только от координат х, у, z этой точки. Такое cиловое поле наз. стационарным; если сила поля зависит и от времени, то cиловое поле наз. нестационарным; если сила во всех точках силового поля имеет одно и то же значение, т. е. не зависит ни от координат, ни от времени, силовое поле наз. однородным.
Стационарное силовое поле может быть задано ур-ниями
где Fx, Fy, Fz - проекции силы поля F.
Если существует такая функция U(x, у, z), называемая силовой функцией,
что элементарная работа сил поля равна полному дифференциалу этой функции,
то силовое поле называется потенциальным. В этом случае силовое поле задаётся одной функцией
U(x,
у, z), а сила F может быть определена через эту функцию равенствами:
или . Условие
существования силовой функции для данного силового поля состоит в том, что
или . При перемещении в потенциальном силовом поле из точки M1(x1, y1, z1)в точку М2 (х2, у2, z2) работа сил поля определяется равенством и не зависит от вида траектории, по к-рои перемещается точка приложения силы.
Поверхности U(x, у, z) = const, на к-рых функция сохраняет пост. значение, наз. поверхностями уровня. Сила в каждой точке поля направлена по нормали к проходящей через эту точку поверхности уровня; при перемещении вдоль поверхности уровня работа сил поля равна нулю.
Примеры потенциального силового поля: однородное поле тяжести, для к-рого U = -mgz, где т - масса движущейся в поле частицы, g - ускорение силы тяжести (ось z направлена вертикально вверх); ньютоново поле тяготения, для к-рого U = km/r, где r = - расстояние от центра притяжения, k - постоянный для данного поля коэффициент. Вместо силовой функции в качестве характеристики потенциального силового поля можно ввести потенциальную энергию П, связанную с U зависимостью П(х, у, z)= = -U(x, у, z). Изучение движения частицы в потенциальном силовом поле (при отсутствии других сил) существенно упрощается, т. к. в этом случае имеет место закон сохранения механич. энергии, позволяющий установить прямую зависимость между скоростью частицы и её положением в силовом поле
С. М. Тарг