Woher bekommt die Schwerkraft ihre Energie?
Also, ich besuche einen Umweltwissenschaftskurs an der High School und wir haben gerade eine Einheit über Energie begonnen. Wir sprachen über verschiedene Arten von Energie und eine davon war Gravitation. Ich verstehe das Energieerhaltungsgesetz und wie es mit den meisten Arten von Energie funktioniert, aber soweit ich das beurteilen kann, scheint es nicht auf die Schwerkraft zuzutreffen. Es scheint mir, dass bei allem, was fällt, weniger Energie in Richtung des Gravitationsfeldes der Erde fließt, weil Energie verwendet wird, um das Ding anzuziehen, das fällt, und schließlich wird die Erde aus Mangel an nutzbarer Energie aufhören, Objekte anzuziehen, aber dann einen großen Ball Masse hätte keine Schwerkraft, was auch keinen Sinn ergibt.
Außerdem scheint es, dass je mehr Energie ein Schwarzes Loch verwendet, um den Kurs von allem (insbesondere Licht) zu ändern, seine Anziehungskraft aufgrund der Energie verringern würde, die zum Einziehen von Dingen verwendet wird (es wurde keine Kraft verwendet, um ein Objekt in die Umlaufbahn zu heben), aber es tut es das Gegenteil. Wenn die gesamte Energie aus dem Anheben des Objekts stammt, was ist dann mit einem Felsen, der seit der Entstehung des Planeten immer auf der Spitze eines Berges war? Wie hat die Schwerkraft die Energie erhalten, um die Flugbahn eines in die Luft geschleuderten Objekts vollständig umzukehren? Wenn Sie im offenen Raum ein Objekt heben oder werfen, wird es weitergehen, es sei denn, eine Art Energie ändert dies.
Ich verstehe, dass die Energie von fallenden Dingen vom Anheben des Objekts herrührt, aber woher kommt die Energie, wenn ein Objekt um einen Planeten oder Mond schleudert?
Bitte denken Sie daran, dass ich nur in der High School bin und Laienbegriffe verwende!
Ich gehe davon aus, dass Sie nicht genug Kalkül für die Kalkülantwort kennen, um Ihnen bei der Beantwortung Ihrer Frage viel Bedeutung zu geben (was wahrscheinlich Kenntnisse über multivariable Kalküle für eine ausreichende Antwort erfordern würde).
Der Ausdruck "Gravitationsenergie" ist nicht ganz der richtige Ausdruck dafür. Vielmehr gibt es nur zwei Arten von Energie , und "Schwerkraft" ist keine davon: Die beiden sind potentielle Energie und kinetische Energie. Die Schwerkraft "hat" keine Energie, aber wenn man sich in der Nähe eines massiven Körpers (wie auf unserer Erde) befindet, stellt man fest, dass man, wenn man einen Hügel erklimmt und dann einen Stein von der Spitze fallen lässt, das zu der Zeit tut es den Fuß des Hügels erreicht, können wir beim Aufprall auf den Boden eine bestimmte Energiemenge messen. Und es ist einfach so, dass es dieses Ding namens Arbeitsenergie-Theorem gibtwas besagt, dass Arbeit (Kraft mal Weg) gleich der Änderung der kinetischen Energie des sich bewegenden Körpers (in unserem Fall des Gesteins) ist. Daher "hat die Schwerkraft Energie" in dem Sinne, dass, wenn ich einen Stein von der Spitze eines Hügels fallen lasse, die kinetische Energie am Boden anders ist als die kinetische Energie, die er hatte, als ich ihn fallen ließ, was darauf hinausläuft, dass der Stein einfach hat unten eine andere Geschwindigkeit als oben. Was hat die Geschwindigkeit geändert, fragen Sie? Beschleunigung. Was hat es beschleunigt? Die Gravitationskraft, weil =m .
Erstens: Gilt die Energieerhaltung für die Schwerkraft?
Ja - wie Sie richtig darauf hingewiesen haben, muss ein Objekt, wenn Sie es fallen lassen und auf die Erde fallen, Gravitationsenergie verlieren. Aber das Objekt bewegt sich jetzt - es hat kinetische Energie. Die potentielle Energie des Gravitationsfeldes wurde in kinetische Energie umgewandelt, wie es der Energieerhaltungssatz verlangt.
Wenn Sie sich also Sorgen machen, dass "die Gravitationsenergie das System verlässt", haben Sie das System möglicherweise nicht richtig identifiziert. Betrachten Sie das System als die Erde UND das Objekt. Wenn das Objekt fällt, nimmt die potenzielle Gravitationsenergie des Systems ab (da sich das Objekt der Erde nähert), aber die kinetische Energie des Systems nimmt aufgrund der Bewegung des Gesteins zu – und die Energie des gesamten Systems in der Zeit konstant bleiben.
Andererseits ist es nicht richtig, Energieerhaltung zu sagen, da „die Energie des Systems konstant bleibt“. Es ist viel richtiger zu sagen: "Die Energieänderung des Systems muss gleich der Energieübertragung über seine Grenze sein." Dies ermöglicht es uns, die Energieerhaltung nur des im Gravitationsfeld fallenden Steins auf folgende Weise zu verstehen:
Das System: Der Fels
Kräfte auf dem Felsen: Gravitation
Auf den Stein wirkt eine äußere Kraft - die Schwerkraft. Diese Kraft wirkt über eine bestimmte Entfernung, verrichtet eine bestimmte Menge an Arbeit und fügt dem System Energie hinzu. Das System (nur der Stein, denken Sie daran) erfährt eine Zunahme der kinetischen Energie. Die positive Energiezunahme des Systems ist also gleich der Energieübertragung über seine Grenze (in diesem Fall in der Arbeitskraft).
Die Schwerkraft ist eine Kraft, die sich darin bewegt, erfordert Energie, um diese Kraft zu überwinden. Ihr Problem ist, dass Sie die Schwerkraft als Energie betrachten.
Hypnosifl