Гравитационная энергия - Gravitational energy

эта статья требует внимания специалиста по физике. Конкретная проблема: необходимо разъяснение основных понятий. ВикиПроект Физика может помочь нанять эксперта. (Январь 2017 г.)

Изображение с изображением Земля с гравитационное поле. Объекты ускоряются по направлению к Земле, тем самым теряя свою гравитационную энергию и превращая ее в кинетическая энергия.

Гравитационная энергия или гравитационно потенциальная энергия это потенциальная энергия а массивный объект имеет по отношению к другому массивному объекту из-за сила тяжести. Это потенциальная энергия, связанная с гравитационное поле, который выпущен (преобразован в кинетическая энергия ) когда объекты падать навстречу друг другу. Гравитационная потенциальная энергия увеличивается, когда два объекта отдаляются друг от друга.

Для двух попарно взаимодействующих точечных частиц гравитационная потенциальная энергия ${displaystyle U}$ дан кем-то

${displaystyle U = - {frac {GMm} {R}},}$

где ${displaystyle M}$ и ${displaystyle m}$ - массы двух частиц, ${displaystyle R}$ расстояние между ними, и ${displaystyle G}$ это гравитационная постоянная.^[1]

Вблизи поверхности Земли гравитационное поле примерно постоянно, а гравитационная потенциальная энергия объекта сводится к

${displaystyle U = mgh}$

где ${displaystyle m}$ - масса объекта, ${displaystyle g = GM_ {E} / R_ {E} ^ {2}}$ это гравитация Земли, и ${displaystyle h}$ высота объекта центр массы выше выбранного контрольного уровня.^[1]

Ньютоновская механика

В классическая механика, два или более массы всегда есть гравитационный потенциал. Сохранение энергии требует, чтобы энергия гравитационного поля всегда была отрицательный, так что он равен нулю, когда объекты бесконечно далеко друг от друга.^[2] Гравитационная потенциальная энергия - это потенциальная энергия объекта, потому что он находится в гравитационном поле.

Сила между точечной массой, ${displaystyle M}$, и другая точечная масса, ${displaystyle m}$, дан кем-то Закон всемирного тяготения Ньютона: ${displaystyle F = {frac {GMm} {r ^ {2}}}}$

Чтобы получить полную работу, выполненную внешней силой, чтобы вызвать точечную массу ${displaystyle m}$ от бесконечности до конечного расстояния ${displaystyle R}$ (например, радиус Земли) двух материальных точек сила интегрируется по смещению:

${displaystyle W = int _ {infty} ^ {R} {frac {GMm} {r ^ {2}}} dr =}$ ${displaystyle -left. {GMm over r} ightvert _ {infty} ^ {R}}$

Потому что ${displaystyle lim _ {rightarrow infty} {гидроразрыв {1} {r}} = 0}$, общую работу, проделанную над объектом, можно записать как:^[3]

Общая теория относительности

Изображение изогнутого геодезические («мировые линии»). Согласно с общая теория относительности, массовые искажения пространство-время а гравитация - естественное следствие Первого закона Ньютона.

В общая теория относительности гравитационная энергия чрезвычайно сложна, и не существует единого согласованного определения концепции. Иногда это моделируется с помощью Псевдотензор Ландау – Лифшица^[4] что позволяет сохранить законы сохранения энергии-импульса классическая механика. Дополнение по делу тензор энергии-импульса к псевдотензору Ландау – Лифшица приводит к объединению псевдотензора материи и гравитационной энергии, имеющего исчезающий 4 -расхождение во всех кадрах - обеспечение закона сохранения. Некоторые люди возражают против этого вывода на том основании, что псевдотензоры неуместны в общей теории относительности, но дивергенция комбинированной материи плюс псевдотензор гравитационной энергии является тензор.

Смотрите также

• Гравитационная энергия связи
• Гравитационный потенциал
• Гравитационный потенциальный накопитель энергии

использованная литература