¿Cómo actúa exactamente la gravedad en los cuerpos que se mueven en un movimiento circular uniforme? Si la gravedad acelera constantemente, digamos que un satélite artificial o la luna se está moviendo en movimiento circular, ¿de dónde proviene toda la energía para acelerar esos cuerpos?

Answer 1

Comprender cómo algo puede acelerarse continuamente pero no ganar energía, por lo tanto, no es necesario agregar energía adicional al principio puede parecer difícil. No lo es, pero es una cuestión de hacer que nuestras definiciones sean correctas. La definición de velocidad y velocidad.

¡No són la misma cosa!

La velocidad simplemente tiene una magnitud. Estoy caminando a 2 kilómetros por hora, mi auto viaja a una velocidad de 80 km / hora.

La velocidad es diferente. La velocidad es un vector . Tiene una magnitud y una dirección. Entonces, si estoy caminando hacia el norte a 2 km / hora y luego estoy caminando hacia el este a 2 km / hora, mi velocidad es la misma, pero mi velocidad es diferente.

Puedo cambiar mi velocidad de dos maneras. Puedo cambiar la magnitud de mi movimiento. O puedo cambiar la dirección de mi movimiento. Y la aceleración es un cambio en la velocidad. Magnitud, o dirección.

Entonces, un objeto en una órbita circular idealizada, por ejemplo. Siempre está viajando a la misma velocidad. Pero su dirección está cambiando continuamente, su velocidad siempre está cambiando. Está acelerando continuamente sin ir nunca más rápido.

Las fuerzas que actúan sobre las masas producen la aceleración. La gravedad que actúa sobre un objeto en órbita siempre lo acelera. Pero en una órbita (al menos una circular ideal, simplificada), es solo el componente de dirección el que cambia, no el componente de velocidad.

Todo depende de la geometría. Si un objeto estuviera estacionario sobre un planeta y la gravedad pudiera acelerarlo, caería a la superficie. Su dirección no cambiaría, pero sí su velocidad.

Nuestro problema es que inconscientemente proyectamos la idea más simple de la velocidad en la idea más compleja de la velocidad y pensamos que la aceleración siempre debe cambiar la velocidad. Incorrecto. Pero hasta que aportemos cierta precisión a nuestro pensamiento, es un error fácil de cometer.

Ahora la energía. La energía cinética de un objeto es 1 / 2mv ^ 2. Donde m es la masa del objeto y v es su velocidad. Entonces la energía es proporcional al cuadrado de la velocidad. Suena bien … pero … espera un minuto.

¿Qué significa el cuadrado de una dirección? ¿Qué estamos haciendo cuando intentamos calcular el cuadrado de un vector que tiene una dirección? Eso no tiene mucho sentido.

Y no lo hace. Pero lo que está haciendo la ecuación de la energía cinética, aunque no está deletreada, es que en realidad está tomando el cuadrado de la magnitud de la velocidad.

Si viajo hacia el norte a 80 km / hora, mi energía es proporcional a 6400 km ^ 2 / hora ^ 2. Y si estoy viajando al este a 80 km / hora, mi energía es proporcional a 6400 km ^ 2 / hora ^ 2.

¡Idéntico!

La energía cinética depende de la magnitud de la velocidad, no de la dirección. Entonces, un objeto en órbita, que solo está cambiando la dirección de su velocidad pero nunca la magnitud, nunca está cambiando su energía cinética.

Dado que su energía cinética no está cambiando, aunque se está acelerando, no necesita una fuente de energía extra.

Conseguir esto, asimilarlo, depende de obtener totalmente la distinción entre velocidad y velocidad.

Answer 2

La visión de Einstein de la gravedad cambió la visión de Newton al cambiarla a una concentración de espacio-tiempo, o curvatura, como se la conoce normalmente en los círculos científicos y otros. Es mejor imaginarlo pensando en un automóvil que viaja por una carretera. El camino es recto y, por lo tanto, sigue el camino de menor resistencia para el automóvil, sin necesidad de avanzar y retroceder. Básicamente, todos los caminos que se pueden tomar están colocados en una superficie plana y se verían como un tablero de ajedrez, pero con muchos más cuadrados. Ahora, lo que sucede cuando se coloca una gran masa cerca del sistema de carreteras es que ya no permanece plana, se curva alrededor de la masa. Piense de manera opuesta a las imágenes que normalmente ve donde hay una gran caída en una hoja plana, sino que es la hoja que se curva A TODA la masa. Así que ahora el automóvil que viajaba en línea recta todavía funciona como si estuviera en la misma superficie plana, pero ahora está dando vueltas alrededor de la masa. Esta es exactamente la forma en que conducimos en la Tierra. La única diferencia para un satélite es que la carretera que sigue está en el espacio donde no hay fricción o aire para reducir la velocidad del satélite. Obedeciendo la primera ley de Newton, sigue avanzando a la misma velocidad siguiendo esa carretera invisible y curva.

Answer 3

PUNTOS INTRODUCTORIOS: 1) La órbita de la Luna es, por supuesto, elíptica (no circular), pero eso es un tecnicismo que no afecta la respuesta.

2) Responderé solo en términos de mecánica newtoniana. La teoría más moderna de la gravedad de Einstein (Relatividad General, mencionada en algunas otras respuestas) no es realmente requerida aquí. La energía gravitacional en la Relatividad General es un tema muy complejo, mientras que en la mecánica newtoniana se basa en matemáticas bastante simples.

3) En la segunda mitad de mi respuesta, discuto las ideas mencionadas en el comentario de su pregunta.

4) La aceleración en la física significa un cambio en la velocidad. Eso significa que si hay un cambio en la dirección mientras la velocidad permanece constante, todavía se llama aceleración. En las órbitas circulares, la velocidad es de hecho constante, mientras que la dirección del movimiento cambia constantemente.

RESPUESTA: La gravedad no utiliza energía en movimiento circular. No se realiza trabajo neto. El objeto se mueve perpendicularmente a la fuerza gravitacional, y no en la dirección de esa fuerza. Para realizar el trabajo, un objeto debe cambiar su velocidad en la dirección de la fuerza aplicada (más precisamente, un componente de su velocidad debe cambiar en la dirección de la fuerza).

Un satélite (natural o artificial) en una órbita circular tiene una combinación de energía potencial gravitacional (debido a su posición en el campo de gravedad) y energía cinética (energía de movimiento ). El satélite debe moverse hacia arriba o hacia abajo en el campo para cambiar su energía potencial. Eso no sucede. Además, la velocidad del satélite permanece constante. Sólo su dirección cambia a medida que se mueve alrededor de su órbita. De ahí que la energía cinética del satélite se mantenga constante. No gana energía de la gravedad.

En un campo gravitatorio, incluso cuando hay cambios en el potencial y la energía cinética, la energía total (potencial + cinética) siempre permanece constante. Por ejemplo, si un objeto cae y se acerca al centro de la Tierra, gana energía cinética, pero pierde energía potencial gravitatoria. La energía no se elimina de la gravedad. Es la energía potencial del objeto la que se reduce, convirtiéndose en energía cinética.

A diferencia de la energía cinética, no podemos observar la energía potencial directamente, pero podemos obtener trabajo de la energía potencial gravitacional. Un ejemplo es la energía hidroeléctrica. Por supuesto, el agua primero tiene que ser movida a un lugar más alto en el campo gravitatorio. La energía para eso proviene del Sol, que evapora el agua, principalmente de los océanos, dando agua de lluvia que puede caer en un terreno más alto. La energía hidroeléctrica es energía “limpia” y no se “agota” (en términos prácticos). Fundamentalmente, la energía hidroeléctrica proviene del Sol (no del campo gravitatorio).

Finalmente, el movimiento circular puede ser un poco confuso, así que he puesto un enlace al respecto. Desafortunadamente, es difícil encontrar una página web que no sea ni demasiado simple ni demasiado complicada. Este enlace puede ayudar, pero solo dice más o menos lo mismo que he escrito. Desplácese hacia abajo hasta “La fuerza centrípeta y el cambio de dirección” en esto:

http://www.physicsclassroom.com/Class/circles/u6l1c.cfm

Answer 4

No se requiere energía para la aceleración si no cambia la magnitud de la velocidad, solo su dirección. Por ejemplo, si un satélite está en una órbita circular, su energía cinética no cambia en respuesta a la gravedad, ya que continúa orbitando a la misma velocidad; solo cambia la dirección de su movimiento.

Si el satélite está en una órbita elíptica, su energía cinética aumenta cuando está más cerca del cuerpo central, pero al mismo tiempo, su energía potencial gravitatoria (que es negativa) disminuye (se vuelve más negativa). A lo largo de la órbita, la suma de la energía cinética y potencial del satélite permanece constante.

Answer 5

Veamos rápidamente la ecuación de fuerza aquí:

F = ma

Entonces, para producir una aceleración de ‘a’ en una masa de ‘m’, necesitas una fuerza de ‘F’.

Esto significa que la gravedad es una “fuerza”.

Un error común es que la aplicación de una fuerza requiere un gasto de energía. ¡No es asi!

Esto es un poco difícil de comprender, así que pensemos en un par de ejemplos de cosas que ejercen una “Fuerza”:

• Tome un imán de nevera – péguelo en su refrigerador – se mantiene en su lugar por la fuerza electromagnética. Regrese en un año … 10 años … 100 años … el imán seguirá allí. El imán ejerce una fuerza sobre su refrigerador, pero nunca se agota. No hay fuente de energía como una batería dentro del imán.
• Coloque un libro sobre una mesa. El libro (al ser atraído hacia el centro de la Tierra por la fuerza de la gravedad) ejerce una fuerza sobre la mesa / la tercera ley del movimiento de Newton dice: ” Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce simultáneamente una fuerza Igual en magnitud y opuesto en dirección en el primer cuerpo. “… así que la tabla está ejerciendo una fuerza ascendente de 1g por la masa del libro UPWARDS. ¿La mesa gasta energía para hacer esto? ¿Las mesas se “derrumban” y se colapsan porque están agotadas de energía? No ellos no.

Así que está claro que es posible ejercer una fuerza, para siempre, y no gastar ninguna energía en el proceso.

La energía solo se gasta si hay un cambio en la distancia entre la fuente de la fuerza y ​​la cosa sobre la que actúa. (“Trabajo = Fuerza x cambioIndistancia” … y “Trabajo” consume energía).

Cuando saca un imán de nevera de la puerta del refrigerador, sus músculos deben gastar energía para hacerlo porque está moviendo la fuerza magnética ejercida entre el imán y la puerta a través de una distancia. Levantar un libro desde el piso para colocarlo sobre una mesa requiere energía.

En una órbita perfectamente circular, la distancia entre el satélite y la Tierra no cambia, por lo que no se gasta energía.

Sin embargo, la mayoría de las órbitas NO son circulares, por lo que la transferencia de energía es realmente necesaria.

En una órbita elíptica: el satélite se ralentiza a medida que se aleja de la Tierra y se acelera a medida que se acerca. Cuando disminuye la velocidad, intercambia su energía cinética por la energía consumida para superar la fuerza gravitacional, y cuando alcanza su distancia máxima, se acelera a medida que intercambia energía gravitacional y la convierte en energía cinética.

De hecho, como lo hace un objeto, la Tierra también se mueve (debido a la tercera ley de Newton, el satélite ejerce una fuerza igual y opuesta en la Tierra). Así que la Tierra TAMBIÉN gana y pierde energía cinética en el proceso. Pero como F = ma y ‘m’ es enorme, la aceleración de la Tierra (‘a’) es extremadamente pequeña.

Sin embargo, si el satélite es la Luna, entonces su movimiento alrededor de la Tierra ejerce una fuerza tremenda, y eso efectivamente hace que la Tierra se tambalee.

Answer 6

Bueno, espero que usted esté bien al tanto de la propiedad heredada de la materia, es decir, la inercia y también con la fuerza centrípeta y centrífuga.

Para el sistema tierra-luna,

En primer lugar, hay que saber de la formación de la luna.

Es la TEORÍA DEL IMPACTO GIGANTE que lo explica bien. La luna se formó cuando un cuerpo planetario se derrumbó con la tierra. (Para más información al respecto házmelo saber)

Esto le dio a la luna una aceleración inicial que tiende a continuar para siempre. Funciona como si la gravedad de la Tierra atrajera radialmente a la Luna (pero la Luna tiende a romperse a través de la órbita. Esto creó un equilibrio que fijó a la Luna en una órbita alrededor de la Tierra.

En aquel entonces, durante la formación temprana, la luna estaba acelerando hacia afuera y la tierra tirando de ella radialmente hacia adentro. Tan pronto como la luna logró apta. velocidad, se logró una órbita estabilizada.

Answer 7

La energía solo se usa si la fuerza actúa a través de una distancia. Si bien requiere una fuerza hacia el centro de la órbita para acelerar el cuerpo en cuestión, si es un círculo perfecto, nunca se acerca más al centro, por lo tanto, la fuerza no actúa sobre ninguna distancia y no se utiliza energía.

En la práctica, las órbitas generalmente no son círculos perfectos, por lo que tiende a haber algún intercambio de energía cinética (velocidad de la órbita) y energía potencial (altura de la órbita) y el objeto viaja en un eclipse, al menos a un primer orden. Sin embargo, la energía total sigue siendo la misma.

Answer 8

Hola, en primer lugar, cada cuerpo en este anverso ejerce una fuerza sobre todos los otros cuerpos conocidos como la fuerza de gravitación. Cuando hablamos de la tierra y algún otro cuerpo, esta fuerza se conoce como gravedad o tirón gravitacional de la tierra.

Ahora, en su pregunta, mencionó que si la gravedad está “acelerando como en el caso de un satélite”. Esta afirmación es errónea porque la gravedad es máxima en la superficie de la tierra y disminuye mientras sube o baja en la tierra.

Entonces, en los satélites giratorios, la gravedad o la fuerza de atracción actúa como la FUERZA CENTRIPETAL que mantiene su movimiento circular. Pero para esto, el satélite también debe tener una velocidad mínima, de lo contrario algún día colisionaría con la Tierra.

Por ejemplo: si la tierra y otros planetas que giran tienen una disminución en su velocidad de giro, la fuerza de gravitación entre los planetas y el sol que hasta ahora actuaba como una fuerza centrípeta simplemente atacaría a todos los planetas hacia ella y todo colisionaría.

Y sí, si al “acelerar” te refieres a un cambio en la dirección, entonces sí, lo obtienen de la fuerza de gravitación pero su magnitud permanece constante (para el caso ideal)

Answer 9

En movimiento circular uniforme, no hay cambio en la energía cinética. Puedes revisar

[math] KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2 [/ math]

en cualquier momento, y siempre es lo mismo, porque v siempre tiene la misma magnitud.

No hay trabajo realizado por la fuerza centrípeta según

[math] dW = F \ cdot dx [/ math]

porque la fuerza centrípeta siempre es perpendicular al movimiento, por lo que el producto puntual siempre es cero.

Para un cuerpo en una órbita kepleriana, el producto puntual no siempre es cero y, de hecho, hay trabajo y hay un cambio en la energía cinética. Esta energía proviene de la disminución de la energía potencial a medida que cambia la distancia al centro.

Answer 10

Newton y Einstein han tratado de describir la gravedad, siendo esta última la teoría más aceptada en la actualidad. En ciencia, podrías elegir definir fenómenos observables describiendo sus efectos. La gravedad es un ejemplo clásico. El genio de Newton fue describir la fuerza gravitacional usando ecuaciones. Y Einstein dijo que la gravedad es la manifestación de la curvatura en el tejido espacio-temporal debido a la presencia de una gran masa.

Por lo tanto, no es una fuerza ejercida por ningún cuerpo, sino que persiste en el espacio alrededor de cualquier cuerpo con una gran masa. La famosa analogía de dejar caer un objeto sobre un material elástico para ilustrar la gravedad se puede encontrar en Internet.

Esto comienza la búsqueda de gravitones, ya que ahora se especula que cada fuerza tiene un “medio / campo” responsable de ello.

Answer 11

Newton dijo que un cuerpo se mueve en línea recta a menos que sea accionado por una fuerza externa. Para que un cuerpo orbite (se mueva en movimiento circular uniforme), la gravedad debe actuar sobre él. El campo de gravedad actúa sobre el cuerpo, se mueve en línea recta, y “dobla” su trayectoria a un círculo, SI tiene suficiente velocidad tangencial. De lo contrario (si no hay suficiente velocidad tangencial), el cuerpo es empujado hacia el cuerpo que proporciona el campo de gravedad. Si la velocidad tangencial es lo suficientemente alta, la trayectoria del cuerpo se dobla, los cuerpos se alejan y no orbitan al cuerpo. La aceleración viene del campo de gravedad solo.

Answer 12

No se sabe exactamente cómo funciona la gravedad.

En cuanto a la primera parte, la fuerza es simétrica. Lo que significa que si un cuerpo está cayendo hacia el otro, lo mismo ocurre a la inversa. El otro cuerpo cae hacia el uno. Por el hecho de que están cayendo (acelerándose) uno hacia el otro y por las leyes del movimiento se aceleran el uno hacia el otro.

Si los dos cuerpos estuvieran solos en la interacción (solo en el universo), eventualmente estarían cerca uno del otro hasta el punto de ser uno. A menos que tengan una velocidad inicial lo suficientemente grande y en la dirección correcta (alejándose la una de la otra) para superar la fuerza gravitacional.

Los dos cuerpos se mueven en un movimiento elíptico.

Se supone que los cuerpos tienen energía potencial desde su creación, asamblea.

E = mc ^ 2 sugiere que la masa misma es energía condensada, pero puedes inventar tu propio mito de creación.

Answer 13

La luna no está acelerando.

Se mueve a una velocidad constante. No se necesita energía para mantener un objeto en movimiento en el espacio.

Su movimiento lo está alejando de la tierra. La gravedad lo está tirando hacia la tierra.

Esas 2 fuerzas incluso se expulsan. Es por eso que la luna no vuelve a caer a la tierra. O la luna no vuela lejos *.

* La luna en realidad se está alejando de la tierra unos 4 cm por año (1 1 / 2inches).

Answer 14

Consigue un embudo, y una pelota. Coloque la bola en el lado del embudo y manténgala inmóvil. Rodará en línea recta y caerá hacia el centro.

Ahora toma la pelota y hazla rodar alrededor del embudo, con un buen empuje. Dará una vuelta en espiral antes de llegar al fondo.

Si lanzas la bola, caerá en un arco.

Esto es lo que Newton solía hacer a la gravedad: la luna es poco más que una bola de cañón, cayendo a una velocidad que hace que nunca toque el suelo. No hay energía involucrada. La tierra siempre está acelerando, pero manteniendo la misma distancia por encima del sol.

Answer 15

Vaya a leer sobre el movimiento circular en cualquier libro de mecánica clásica, o Wikipedia, encontrará la respuesta, es mejor que aprenda.