Frage:
Wird die Energieerhaltung verletzt, wenn sich zwei Körper aufgrund der Anziehungskraft nähern?
Superorigamis
2019-12-26 15:50:11 UTC
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Angenommen, 2 Objekte befinden sich nicht zu weit entfernt.Diese Objekte bewegen sich aufgrund der Schwerkraft aufeinander zu, es erfolgt jedoch keine äußere Kraft.Warum bewegen sich diese Objekte?Woher kommt diese Energie?

Jedes Objekt hat Masse und erzeugt ein Gravitationsfeld, so dass jedes andere nicht masselose Objekt, das in diesem Gefühl platziert ist, die Wirkung der Schwerkraft aufgrund des ersten erfährt.Der erste Körper „übt“ also eine Kraft auf das andere Objekt aus, sodass sich das Objekt in Bewegung setzt und kinetische Energie gewinnt, die sich aus der Arbeit der Gravitationskraft ergibt (wenn wir annehmen, dass sie sich in einer geraden Linie bewegen).
Wenn wir uns die Planetenbahnen ansehen, die sich geringfügig unterscheiden, weil die ausgeübte Kraft radial und die Flugbahn elliptisch ist, gilt das, was ich gesagt habe, nicht für diese Fälle
@my2cts Das ist nur eine Eigenart des Modells - in Wirklichkeit sparen unelastische Kollisionen Energie, weil die übrig gebliebene Energie in Wärme umgewandelt wird.Sowohl in diesem Modell als auch in der Realität (was wir denken) bleibt die Dynamik erhalten.
@wizzwizz4-Korrektur: Energie und Impuls bleiben erhalten, bis die Objekte möglicherweise elastisch ineinander stoßen.
@my2cts In diesem Fall ist es klarer, dass Energie erhalten bleibt, da die Summe der kinetischen Energien konstant bleibt (und der Impuls bei allen Kollisionen in einem geschlossenen System, einschließlich elastischer Kollisionen, erhalten bleibt).
Diese Frage erfordert ein grundlegendes Korrekturlesen.Ich kann nicht verstehen, worum es geht.OP, bitte bearbeiten, um die Frage zu klären und die Probleme mit Grammatik und Großschreibung zu beheben.
Sechs antworten:
Sam Hopkins
2019-12-27 02:54:26 UTC
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Die Antwort auf die Frage liegt in der Frage selbst.Sie haben geschrieben:

Angenommen, 2 Objekte sind nicht zu weit von sich entfernt.Diese Objekte bewegen sich aufgrund der Schwerkraft aufeinander zu.

Dann fragte:

Woher kommt die Energie?

Die Energie kommt von dem, der die beiden Objekte auseinander gelegt hat.Sie mussten arbeiten, um sie in diese Position zu bringen.

Sie könnten genauso gut fragen: "Angenommen, ich rolle ein Objekt einen Hügel hinauf. Dann lasse ich los und das Objekt rollt zurück. Woher kam die Energie?"Es kam von dir!

Diese Antwort ist genau richtig und sehr klar.+1 und verdient die akzeptierte Antwort.
In der technischen Terminologie "kommt die Energie von" der Umwandlung von potentieller Gravitationsenergie (die aufgrund der gewählten Anfangsbedingungen bereits existierte) in kinetische Energie.(Und wenn die Körper schlagen und haften bleiben und diese Energie als Gravitationsbindungsenergie speichern, die normalerweise als negative Anzahl von Joule angegeben wird. Wenn Sie dem System so viel Energie hinzufügen, können Sie sie wieder auseinander ziehen.)
+1 zum Herausschieben der Objekte existiert nicht im luftleeren Raum.Bildlich gesprochen.
Steeven
2019-12-26 19:56:36 UTC
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Bricht die Schwerkraft die Physik?

No. Physik ist die Untersuchung der Funktionsweise von . Die "Beschreibung" oder "Modellierung" von allem, was um uns herum technisch ist, verhält sich. Somit kann die Realität die Physik nicht mehr brechen, als die Realität z.B. Sprache.

Die Realität kann überraschend (weil wir sie nicht erwartet haben) oder nicht intuitiv (weil wir nicht daran gewöhnt sind) usw. sein, aber sie kann die Physik nicht brechen, da die Physik nur eine Beschreibung davon ist.

Diese Objekte bewegen sich aufgrund der Schwerkraft aufeinander zu. Aber wir haben keine Kraft angewendet, und die Objekte haben auch nicht an Masse verloren.

Wir haben möglicherweise keine Kraft angewendet. Aber die Welt ist mehr als nur wir . Elektrische Ladungen üben Kräfte aufeinander aus, so dass Gewitter auftreten, unabhängig davon, ob Menschen existieren oder nicht. Warum könnten Gravitationskräfte nicht genauso gut existieren, unabhängig davon, ob Menschen dort sind und sie anwenden?

Was wir anwenden und tun können, hat nichts damit zu tun, was die Welt anwenden und tun kann. Kurz gesagt: Wir Menschen haben nichts damit zu tun, wie die Welt funktioniert.

Warum bewegen sich diese Objekte? Woher kommt die Energie?

Die Energie befindet sich bereits als potentielle Gravitationsenergie im System. Genauso wie elastische potentielle Energie in einer Feder gespeichert wird. Lassen Sie es los, und die elastische potentielle Energie bewirkt, dass sich jedes Federende bewegt - um kinetische Energie zu gewinnen. Lassen Sie in ähnlicher Weise ein Gravitationssystem los (lassen Sie eine Kugel fallen oder lassen Sie zwei nahegelegene Planeten sich frei bewegen), und die beiden Objekte bewegen sich aufeinander zu und erhöhen ihre kinetische Energie.

Immer wenn konstante Kräfte wie die elastische Federkraft, elektrische Kräfte und auch Gravitationskräfte wirken, können diese Kräfte eine gewisse Anstrengung bewirken, wenn sie losgelassen werden.Wir könnten solche Bemühungen, die nur darauf warten, veröffentlicht zu werden, als "Potenzial" bezeichnen.Wir denken also, dass dieses Szenario potenzielle Energie gespeichert hat.Die kinetische Energie, die "erzeugt" wird, wird einfach aus dieser potentiellen Energie umgewandelt, mit der wir begonnen haben.

Mit dieser Erfindung des Konzepts der potentiellen Energie scheint plötzlich das Energieeinsparungsgesetz immer zu gelten.Dieses Konzept ist also sehr, sehr nützlich.

user243267
2019-12-26 16:12:00 UTC
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Mit der Schwerkraft ist eine potentielle Energie verbunden, die als potentielle Gravitationsenergie bekannt ist.Es ist diese potentielle Energie, die verloren geht, um den Gewinn an kinetischer Energie zu kompensieren.Und dieser Verlust entspricht genau dem Gewinn an kinetischer Energie der beiden Körper.Somit bleibt die gesamte mechanische Energie des Systems immer erhalten und die Energieeinsparung ist gültig.Physik funktioniert!

Ajinkya Naik
2019-12-26 20:22:17 UTC
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Wie Steeven antwortete, existiert die Kraft nur dort und so verhält sich das Universum unabhängig von unserer Intervention mit den Systemen. Aber ich glaube, eine intuitivere Antwort auf Ihre Frage könnte die Allgemeine Relativitätstheorie liefern, die dieses Problem des Ursprungs der Gravitationskraft beseitigt. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist die Schwerkraft keine Kraft, sondern nur Objekte, die ihrem normalen Weg durch die Raumzeit folgen und aufgrund von Masse, Energie, Stress oder Impuls verzerrt sind.

enter image description here

Das Vorhandensein dieser beiden Objekte krümmt die Raumzeit um sie herum, wie im obigen Bild gezeigt. Selbst wenn sie anfangs stationär erscheinen, liegt dies nur daran, dass sie im Raum stationär sind, aber sie bewegen sich durch die Zeit (werden älter). Daher bewegen sich die beiden Objekte durch die Raumzeit, aber da die Raumzeit um sie herum aufgrund der Masse des anderen gekrümmt ist, bewegen sie sich entlang der gekrümmten Pfade namens "Geodesics" und werden voneinander angezogen, wodurch die Illusion einer Gravitationskraft entsteht.

Diese Antwort entspricht nicht dem Grad der Raffinesse der Frage.Es scheint klar, dass der Fragesteller die potentielle Energie der Gravitation nicht versteht.Ich bin nicht der Meinung, dass Ihre Erklärung wahrscheinlich intuitiver aufgenommen wird.
Ich interpretierte seine Frage so, als würde er nach dem Ursprung der Gravitationskraft fragen, und ich denke, das wollte er fragen.Der Benutzer fragte nach der Energiequelle aufgrund der Gravitationsbewegung, und da alle über die Erhaltung des Moments oder des Gravitationspotentials antworteten, versuchte ich, dem Benutzer eine andere Perspektive in Bezug auf seine Frage zu bieten.
Egal wie oft ich diese Stoffanalogie sehe, die Geodäten erklärt, ich kann immer noch nicht verstehen, wie das aussieht, wenn es auf ein Volumen anstatt auf eine Ebene angewendet wird.Andererseits verstehe ich immer noch nicht intuitiv, wie ich vom Reisen durch eine gestreckte / aufgeblasene Raumzeit zum "Beschleunigen in Richtung" übergehen soll ... egal wie ich die vereinfachte Bewegung betrachte, eine konstante Geschwindigkeit "nach unten" sollte der Gradient aussehenVerzögerung von einem anderen Rahmen.
@Kaithar Das liegt daran, dass die Fabric-Analogie den mit Abstand wichtigsten Teil der Raumzeit - Zeit - verfehlt.Eine winzige Verzerrung der Raumzeit erzeugt dank des Zeitteils massive Effekte.Zeit ist das, was sich immer weiter vorwärts bewegt, das, was endlich klar macht, dass Sie nicht auf die Erde fallen, sondern dass die Erde mit der Geschwindigkeit der Zeit auf Sie zueilt.Die Stoffanalogie erfordert immer noch eine äußere Kraft, die die Dinge nach unten zieht;Es fehlt die Zeit.
@Luaan Ich verstehe nicht, wie das erklärt, warum gekrümmte Raumzeit die Dinge beschleunigt.
@Kaithar Ich würde empfehlen, zu googeln - "Warped 3d racetime", um Ihnen zu helfen, auf einem gekrümmten Raumzeitvolumen visuell zu werden.Ein weiterer Punkt ist, dass die Lernenden die Analogie des gekrümmten Stoffes normalerweise auf eine Weise interpretieren, die für sie ziemlich verwirrend ist.Sie gehen davon aus, dass Objekte nur dann Schwerkraft erfahren, wenn sie sich durch den Raum (nicht durch die Zeit) bewegen. Dann stellt man die Frage, wie ruhende Körper die Schwerkraft gemäß der Relativitätstheorie erfahren.Aber wie Luaan sagte, bewegt sich jedes Objekt unweigerlich durch die Zeit - 4. Dimension der Raumzeit - und erfährt daher die Schwerkraft, selbst wenn sie im Raum stationär sind.
@Kaithar Eine weitere hilfreiche Perspektive wäre die Untersuchung von Verschiebungszeitgraphen beschleunigender Körper.Das resultierende Diagramm der Beschleunigungskörper ist eine gekrümmte Linie.Da sich Körper, die aufgrund der Schwerkraft eine Beschleunigung erfahren, nicht selbst beschleunigen.Daher wäre ihr Verschiebungszeit-Graph eine gerade Linie, aber hier sind die Y- (Raum) und X- (Zeit) Achsen gekrümmt, um die Beschleunigung darzustellen.Daher bewirkt eine gekrümmte Raumzeit eine Beschleunigung der Körper.
@AjinkyaNaik Ich denke manchmal, dass die gesamte Analogie sinnvoller wäre, wenn sie als Widerstandswerte in einer 4D-Widerstandsgleichung betrachtet würde, aber ich bezweifle, dass dies "genauer" ist als die Stoffanalogie.Die Quintessenz ist, dass die Raumzeit als grundlegender Bestandteil der Realität wahrscheinlich nicht richtig erklärt werden kann, ohne dass wir die Realität "transzendieren", um sie von außen beobachten zu können.
Ezio
2019-12-28 15:13:14 UTC
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Die Energie (Gravitation) war bereits vorhanden, gerade weil zwei Massen durch einen feinen Abstand voneinander getrennt waren.

Kaithar
2019-12-28 14:58:57 UTC
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Ich beantworte die Frage wie folgt:

Zwei ruhende Objekte beschleunigen unter der Schwerkraft aufeinander zu. Woher kommt die Energie?

Die richtige Antwort lautet: "Die Physik hat keine Ahnung, aber wir haben eine Reihe von Analogien vereinbart, die je nach Situation verwendet werden können." Ehrlich gesagt, die meisten Leute hassen diese Art von Antwort wirklich, aber es ist die Wahrheit.

Newtonian answer

Angenommen, Sie arbeiten im Kontext der Newtonschen Physik, dann wird die Antwort, die andere gegeben haben, dass die Energie von dem kommt, der die Dinge dort abgelegt hat, als gut genug angesehen. Genauer gesagt hat die Logik in der gesamten Physik, die innerhalb der Beschränkungen der Newtonschen Bewegungsgesetze arbeitet, zwei Kernannahmen, die nicht genau falsch, aber nicht genau richtig sind.

  1. Alle Körper entstehen bewegungslos im Massenmittelpunkt.
  2. Energie wird gespart, aber die Details sind nicht wichtig, solange Sie konsistent sind.
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    Die erste Annahme ist da, weil jedes Objektpaar ein "Gravitationspotential" hat, das impliziert, dass Arbeit geleistet wurde, um sich aus dem Schwerkraftschacht herauszubewegen. Wir können das gut von Hand winken, wenn wir über das Werfen von Objekten in die Luft sprechen, weil es einfach keine Rolle spielt, solange wir eine Nullsummenübung beibehalten. Die Energie, die Sie herausholen, ist die Energie, die ursprünglich eingegeben wurde.

    Ebenso ist die Umwandlung zwischen Energietypen in Ordnung, solange wir konsistent sind. Nichts in der klassischen Physik kümmert sich wirklich so sehr um die wahre Natur der kinetischen oder chemischen Energie. Es geht nur darum, dass die Gleichungen funktionieren und die Energie nicht Es erscheint nicht magisch von nirgendwoher. Behalten Sie einfach eine Nullsumme bei.

    Dies ist der Fall, wenn keine Nullsumme vorhanden ist. Dieser Asteroid, der gerade in die Atmosphäre eingestürzt ist, ist nicht in der Nähe der Erde gestartet. Die Rakete, die wir gerade aus dem Sonnensystem abgefeuert haben, kommt nicht zurück, um die potenzielle Gravitationsenergie, die wir ihr gegeben haben, auszuzahlen. Sitzt diese Energie also irgendwo herum? Die Antworten auf diese Fragen sind dieselben: Sie haben den Umfang des Modells überschritten und die Ergebnisse sind undefiniert.

    Wenn Sie ein Modell hätten, das jede Energieumwandlung seit dem Urknall beinhaltet, auf akzeptable klassische Kräfte beschränkt ist und mit der Realität übereinstimmt, gäbe es immer noch keine Antwort, da wir definieren müssten, wie das Universum entstanden ist für diese Energie verantwortlich sein.

    Relativistische Antwort, Orbitalversion

    Masse verzerrt die Raumzeit. Es ist, als ob Sie davon überzeugt sind, dass Sie in einer geraden Linie durch den Wald gehen, aber einige finden sich wieder dort wieder, wo Sie eine Stunde später angefangen haben. Was sich bewegt und auf welchem ​​Weg, ist für den Referenzrahmen völlig subjektiv. Auf technischer Ebene werden die beiden Dinge also nicht wirklich gegeneinander gezogen, sodass keine Kraft ausgeübt wird. Es ist so ähnlich, wie die Erweiterung des Raums dazu führen kann, dass sich die Dinge von allem anderen weg beschleunigen.

    Sie möchten wissen, wie wir in diesem Modell Kollisionen ausführen? Soweit ich weiß, tun wir das nicht. Fragen Sie einen klassischen Physiker, sobald Sie nah genug dran sind, um zu sehen, was Sie treffen werden.

    Relativistische Antwort, Überbrückung zu anderen Systemversionen

    Vielleicht bewegen sich die beiden Objekte nur aus dem Referenzrahmen des anderen und es sind nur die Weltlinien, die sich schneiden. Nein, das scheint die Explosion nicht zu erklären. Äh, etwas etwas Tensorfeldes, etwas Vektor etwas ... ok schau, wir haben eigentlich keine konsistente Erklärung dafür, was Masse oder Schwerkraft sind, geschweige denn wie sie funktionieren. Wählen Sie die Interpretation, die am besten zu passen scheint, und greifen Sie einfach auf die klassische Mechanik zurück, wenn nichts zu Extremes passiert. Wenn Sie sich innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs befinden, kann Sie jetzt nichts mehr retten.

    In Newtons Gesetzen gibt es kein c .

    Quantum mechanische Antwort

    Schwerkraft sagst du. Die Tür ist da drüben, wir haben momentan viel größere Probleme, wie zum Beispiel, wie all dieses Zeug irgendeinen Sinn ergibt. Wir bestehen buchstäblich aus abstrakten Gleichungen, nicht wahr ... greift nach dem Alkohol

    My Gehirn jedes Mal, wenn ich versuche, eine klare Antwort auf dieses mess

    zu bekommen

    Wenn zwei richtig definierte Körper voneinander angezogen werden und sich in einer intimen Entfernung zusammenfinden, wird es einfach sehr heiß, sie machen ein großes Durcheinander von dem, was um sie herum ist, und manchmal kommt es zu neuen kleinen Körpern kurz danach. Manchmal sind die Dinge für den Rest ihres Lebens an der Hüfte verbunden, manchmal treffen sie sich einfach zu einem Feuerwerk und gehen getrennte Wege. Solange Sie es schaffen, Ihren Wiedereintritt zu kontrollieren, wird alles in Ordnung sein ... und wenn Sie den persönlichen Bereich Ihres Ziels falsch einschätzen, könnten Sie vor Ihrem vernichtenden Ende in einem Glanz der Herrlichkeit untergehen.

    Machen Sie sich also keine Sorgen darüber, wie sich die beiden ineinander verliebt haben. Akzeptieren Sie einfach, dass sich der Himmel manchmal auf mysteriöse Weise bewegt, und denken Sie daran, sichere Verfahren zum Einsetzen der Umlaufbahn zu üben, damit Sie den Start nicht abbrechen und / oder abbrechen oder den wirklich teuren Satelliten zu verlieren, an dem Sie so lange gearbeitet haben.

    Wenn Sie eine Arbeitstheorie zur Überbrückung der klassischen, relativistischen und Quantengravitation haben, bereiten Sie sich darauf vor, sehr reich / berühmt zu sein.

(Ich erwarte mit Spannung einen der vielen Abwärtswähler, die ich erwarte, einer mit den mir fehlenden glaubwürdigen Qualifikationen zu diesem Thema, der erklären wird, warum "die Physik aus einer Reihe von Modellen besteht, die die Phänomene innerhalb ihrer Definition angemessen erklären und vorhersagenUmfang "ist keine akzeptable Antwort)
Ich vermute, es ist das Ganze "Wo dies zusammenbricht, ist, wenn es keine Nullsumme gibt."Absatz.Alles, was Sie dort sagen, widerspricht dem, was die Modelle sagen, und Sie schließen daraus, dass die Antwort außerhalb des Bereichs des Modells liegt.Ganz im Gegenteil - genau in dem Modell haben Sie die Gravitationsbindungsenergie.Dann gibt es Dinge wie "da wir definieren müssten, wie das Universum entstanden ist, um diese Energie zu erklären", was überhaupt nicht wahr ist.Das ist so, als würde man sagen "Metallurgie ist nutzlos, wenn man Supernovae nicht versteht".Ich könnte weitermachen :)
@Luaan Ich glaube nicht, dass Sie verstehen, was ich gesagt habe.Energieeinsparung ist für ein geschlossenes System eine Nullsumme, gegen die man nicht argumentieren kann.Wenn ein Objekt in einen Schwerkraftschacht fällt, den es nicht verlassen hat, muss es von irgendwoher kinetische Energie gewinnen.Wenn wir Energie verbrauchen, um etwas aus der Schwerkraft gut zu senden, ist diese potentielle Energie (weil wir zurückfallen können) irgendwohin gegangen.GBE löst dieses Problem nur, wenn Sie damit meinen, dass es sich um einen buchstäblichen Energiepool handelt, der durch die Ausübung einer Anziehungskraft verbraucht wird.Die Art und der Mechanismus der Schwerkraft liegen außerhalb des Bereichs des klassischen Standardmodells
@Luaan zweiter Punkt ... Die klassische Mechanik erfordert nicht, dass Sie die Startenergie berücksichtigen, sondern nur, dass Sie sie sparen.Das bedeutet jedoch nicht, dass Sie die Startenergie ignorieren können.Wenn ich 1 kg Eisen habe, musste das von irgendwoher kommen.Wenn Sie "Ich habe es gekauft" sagen, ist die Bildung von Eisenatomen ausdrücklich nicht möglich.Wir können nichts vor Plank Epoch erklären, das ist die Grenze des Geltungsbereichs für das Argument "es hatte bereits diese Energie".Das ist die Grenze für "es hat diese Energie durch geleistete Arbeit gewonnen".
@Luaan also, was ich sage ist, dass "Schwerkraft als Kraft, die Arbeit und Energieübertragung leistet", in keinem aktuellen Modell zuverlässig vollständig erklärt werden kann.GR ist gut, aber es gibt eine Lücke zwischen dem und Newtonian.
Sie versuchen, die Grenzen unserer aktuellen Modelle der Physik zu erkunden.Sie fragen nach den Ursprüngen der Energie, die uns die Physik zur Erhaltung in einem System verpflichtet, was impliziert, dass Sie indirekt nach den Ursprüngen der Materie im Universum fragen.Es ist ähnlich zu fragen, was das Universum zur Zeit des Urknalls geschaffen hat.Was war dort vor dem Urknall?Solche Fragen befinden sich an der Grenze des wissenschaftlichen Modells oder vielleicht darüber hinaus, und man lenkt sich in Richtung Mystik und Philosophie ab, während man versucht, ihre Antwort zu erhalten.
@Kaithar Energie ist eine Eigenschaft von Systemen;Ein solches System ist "eine Tonne Steine und die Erde".Zufällig gibt es bestimmte Symmetrien mit Energie, die bedeuten, dass für einen stationären Beobachter in der statischen Raumzeit keine Energie erzeugt oder zerstört wird.Es spielt keine Rolle, ob Sie über Schwerkraft oder Magnetismus sprechen oder was auch immer - die Prinzipien sind genau die gleichen.Was Ihren zweiten Punkt betrifft, verwechseln Sie Modelle immer noch mit der Realität.In Wirklichkeit musste die Energie von irgendwoher kommen.Im Modell war dies nicht der Fall.Die Modelle untersuchen die Entwicklung von Systemen und nicht, wie sie ex nihilo "geschaffen" wurden.
* facepalm * Ich gebe euch beide auf ... ihr versteht anscheinend die wörtliche Definition des Wortes "Umfang" nicht (oder will es einfach nicht zugeben).


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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