Ich bin verwirrt über Änderungen der potenziellen Gravitationsenergie, der äußeren Nettokraft und des Arbeitsenergiesatzes.
Ich verstehe, dass für ein Einzelteilchensystem eine äußere Nettokraft zu einer Änderung der kinetischen Energie führt und somit Arbeit am System (Teilchen) geleistet wird.
Was mich verwirrt, ist die Arbeit, die an einem System geleistet wird, und die Zunahme der potenziellen Energie der Gravitation.
Wenn ich das System so definiere, dass es ein Buch + Erde enthält (wo ich mich außerhalb des Systems befinde) und ich das Buch mit konstanter Geschwindigkeit anhebe, dann ist die Nettokraft auf das System nicht Null - richtig? Die Nettokraft auf das Buch ist jedoch null. Nach Newtons zweitem Gesetz sollte das System also beschleunigen und es sollte eine Änderung der kinetischen Energie geben, und somit wird an dem System Arbeit geleistet.
Die meisten Bücher geben jedoch an, dass es keine Änderung der kinetischen Energie gibt, sondern stattdessen eine Änderung der potentiellen Energie. Wie kann ich eine externe Kraft auf das System anwenden, die die Energie des Systems erhöht, aber das System beschleunigt nicht? Wenn die Menge an kinetischer Energie konstant bleibt, wird dann am System Arbeit verrichtet?
Arbeit muss nicht immer mit Änderungen der kinetischen Energie einhergehen. Ich glaube, Ihre Verwirrung rührt von einer falschen Anwendung des Arbeits-Energie-Theorems her. Arbeit ist nur dann gleich kinetischer Energieänderung, wenn keine Potentialfelder vorhanden sind (dh das Arbeits-Energie-Theorem gilt nur für freie , starre Körper). Die Schwerkraft ist eines dieser Felder, daher ist es möglich, Arbeit zu verrichten, ohne die kinetische Energie zu verändern.
Stellen Sie sich vor, Sie üben eine Kraft auf Ihr Buch nach oben aus, die seinem Gewicht entspricht, nur einen Moment nachdem es aus dem Regal gefallen ist und bereits eine kleine Geschwindigkeit nach unten hat.
Es wird weiter fallen, aber ohne Beschleunigung. Selbst nach dem Aufbringen der Kraft verliert das Buch also seine potenzielle Energie. Die Kraft hat gerade die Schwerkraft aufgehoben und die Beschleunigung entfernt.
Wenn Sie beispielsweise eine Kraft nach oben ausüben, ohne horizontale Komponenten, passieren drei Dinge. - F < W
Das Buch wird fallen, aber mit weniger als g Beschleunigung. Und seine kinetische Energie wird aufgrund der Schwerkraft der Erde zunehmen.
Das Buch behält seine Geschwindigkeit bei oder bleibt stehen, wenn es sich nicht bewegt. Keine Änderung der kinetischen Energie.
Das Buch wird mit Beschleunigung mit der Anfangsgeschwindigkeit steigen, die es zum Zeitpunkt des Aufbringens der Kraft hat. Und seine kinetische Energie wird zunehmen.
Stellen Sie sich die Erde und das Buch als Ihr System vor.
Sie müssen eine externe Kraft auf das Buch und eine gleiche und entgegengesetzte externe Kraft auf die Erde anwenden, um das Buch zu "heben", wenn Sie den Massenmittelpunkt Ihres Systems nicht beschleunigen möchten.
Wenn man das Buch als System betrachtet, hat es zwei gleiche und entgegengesetzte Kräfte, die Gravitationsanziehung des Buches durch die Erde und die aufgebrachte äußere Kraft, so dass die auf das Buch ausgeübte Netzarbeit Null ist und die kinetische Energie des Buches nicht ändern.
Dasselbe gilt, wenn man die Erde als ein System betrachtet, und es wird auch keine Arbeit daran verrichtet, sodass sich die kinetische Energie der Erde nicht ändert.
Potentielle Gravitationsenergie ist etwas, das das Buch- und Erdsystem gemeinsam besitzen, und die äußeren Kräfte wirken auf das Buch- und Erdsystem, wodurch die Trennung zwischen ihnen erhöht wird, wodurch die potenzielle Gravitationsenergie des Buch- und Erdsystems erhöht wird.
Die Bewertung der von den externen Kräften geleisteten Arbeit beschränkt sich normalerweise auf die von der externen Kraft auf das Buch geleistete Arbeit, da die Entfernung, die das Buch zurücklegt, viel, viel größer ist als die Entfernung, die sich die Erde bewegt, da die Erde so massiver ist als das Buch .
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