Wenn wir eine Bowlingkugel aus einem Meter über der Erdoberfläche fallen lassen, wandeln wir ihre potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie um.
Wenn es auf den Boden trifft, überträgt es seine kinetische Energie auf die Erde, sodass sich die Erde jetzt mit größerer (aber nicht wahrnehmbarer) Geschwindigkeit direkt nach unten bewegt.
Aber nehmen wir an, wir haben einen hohlen Hüpfball (z. B. einen Tischtennisball) mit der gleichen Masse fallen gelassen. Jetzt kann der Ball elastisch zurückprallen. Soll diese Energie aus der Kompression und Dekompression der inneren Gasmoleküle stammen?
Die Erde bewegt sich nicht mit einer Geschwindigkeit von Null, sondern bewegt sich auf die Kugel zu, die von der Kugel angezogen wird, mit genau der gleichen Kraft, wie die Kugel von der Erde angezogen wird (drittes Newtonsches Gesetz). Wenn sie kollidieren, halten beide an, sich zu bewegen. Bei einem springenden Ball prallt die Erde zwar zurück, verlangsamt sich jedoch allmählich, wenn sie vom Ball angezogen wird, und stoppt, wenn der Ball ebenfalls stoppt, wenn er seine ursprüngliche Höhe erreicht. Wenn die Erde von einem Meteor getroffen wird, hängt die resultierende Geschwindigkeit von der Masse und Geschwindigkeit des Meteors ab, als er weit von der Erde entfernt war. Wenn sich der Meteor nicht bewegte, sondern seine Geschwindigkeit nur durch die Erdanziehungskraft erlangte, dann wäre die resultierende Geschwindigkeit nach dem Impulserhaltungssatz Null.
Wenn wir eine Bowlingkugel aus einem Meter über der Erdoberfläche fallen lassen, wandeln wir ihre potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie um.
Es ist der Ball und die Erde, die die potenzielle Gravitationsenergie haben, nicht der Ball allein.
Wenn es auf den Boden trifft, überträgt es seine kinetische Energie auf die Erde, sodass sich die Erde jetzt mit größerer (aber nicht wahrnehmbarer) Geschwindigkeit direkt nach unten bewegt.
Nicht so.
Betrachten Sie den Ball und die Erde als ein isoliertes System, in dem sich beide zunächst in Ruhe befinden, und lassen Sie den Ball dann auf die Erde fallen.
Wenn keine äußeren Kräfte auf das System einwirken, muss der Gesamtimpuls des Kugel- und Erdsystems für alle Zeiten Null sein.
Wenn sich der Ball auf die Erde zubewegt, gewinnt er an Schwung, aber gleichzeitig bewegt sich die Erde auf den Ball zu und gewinnt die gleiche Menge an Schwung, aber in die entgegengesetzte Richtung. Jeder gewinnt auch kinetische Energie, aber der Ball wird viel mehr kinetische Energie gewinnen als die Erde, weil die Masse des Balls so viel kleiner ist als die Masse der Erde.
Wenn der Ball und die Erde nach dem Zusammenstoß zusammenhalten, hat das System keine kinetische Energie.
Die mechanische Energie, die das System hatte, wird zu Wärme, Schall und wird verwendet, um die Kugel und die Erde dauerhaft zu verformen - es ist eine unelastische Kollision.
Aber nehmen wir an, wir haben einen hohlen Hüpfball (z. B. einen Tischtennisball) mit der gleichen Masse fallen gelassen. Jetzt kann der Ball elastisch zurückprallen. Soll diese Energie aus der Kompression und Dekompression der inneren Gasmoleküle stammen?
Wenn die Kollision zwischen dem Ball und der Erde perfekt elastisch ist, wird die mechanische Energie des Systems als elastische (Feder-) potentielle Energie gespeichert, wenn sich der Ball und die Erde während ihres Zusammenstoßes verformen.
Dann wird diese elastische potentielle Energie in kinetische Energie des Balls und der Erde umgewandelt, aber jetzt bewegen sie sich voneinander weg.
Sie bewegten sich weiter, bis ihre Trennung dieselbe war wie ihre anfängliche Trennung, zu welcher Zeit sie relativ zueinander in Ruhe waren.
Die Sequenz würde dann wiederholt werden.
Biophysiker
Jossie Calderon
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Jossie Calderon
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frei
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Sammy Rennmaus
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Chet Miller