La energía potencial absoluta de un cuerpo en la superficie de la tierra es negativa. Qué significa eso?

Answer 1

No existe tal cosa como una energía potencial (gravitatoria) absoluta.

Podemos determinar el cambio en la energía potencial gravitatoria entre 2 puntos en el espacio. Es conveniente para nosotros asignar arbitrariamente 0 julios de PE a un objeto a una distancia infinita del centro de masa de la Tierra. Este es un valor arbitrario. Podríamos decir que un objeto a 2.4 pulgadas de la Tierra tiene 3.7 julios de PE, igual de válido. Si hiciéramos esto, estableceríamos el valor de PE para todos los puntos en el espacio.

Al conocer el cambio en la EP para un cambio dado en la distancia, hay otra pieza en el rompecabezas para responder a su pregunta de EP negativa: la energía cinética.

De nuevo, no existe tal cosa como la energía cinética absoluta. Podemos determinar KE para un objeto cuyo movimiento se mide con respecto a un marco rígidamente unido a la Tierra (o cualquier otro objeto). Esto no es (exactamente) una asignación arbitraria. 0 velocidad (velocidad relativa) significa 0 KE.

También podemos concluir que el cambio en KE será igual al cambio negativo en PE como un objeto se mueve desde el punto A al B. Esto se sigue de la conservación de la energía.

Directamente significa lo siguiente:

El objeto se mueve de A (algo lejano) a B (más cerca de la Tierra) con solo la gravedad ejerciendo una fuerza, esto significa:

1. KE subió. Si el objeto estaba en reposo (wrt Earth) en A, KE subió de 0 a un valor positivo. Si el objeto se estaba moviendo hacia la Tierra en A, entonces KE subió de un valor positivo a un valor positivo más alto.
2. PE bajó. Ya sea de positivo a inferior positivo, o de positivo a 0, o de positivo a negativo, o de negativo a más negativo. Pero se fue abajo.

Menos directamente significa lo siguiente:

Si consideramos un objeto en reposo, infinitamente lejos de la Tierra que se mueve solo por gravedad y declaramos que su PE es 0 (asigne un valor arbitrario a un punto designado), entonces tenemos las siguientes condiciones iniciales convenientes:

• distancia, infinitamente lejos
• PE 0
• KE 0
• Energía total 0

Ahora, cuando llegue a la Tierra, el KE será positivo, el PE será negativo, la energía total será 0, tal como estaba infinitamente lejos. La energía total se ha conservado.

El PE negativo en la superficie de la Tierra no es más que el resultado de nuestra asignación arbitraria de 0 PE lejos para hacer los cálculos convenientes.

Answer 2

Nunca he oído hablar de “energía potencial absoluta” … pero intentaré responder de todos modos, asumiendo que realmente te refieres a energía potencial gravitatoria: (GPE):

Esta es exactamente la forma en que la ciencia ha elegido definir el “punto de referencia cero”: está configurado para estar “infinitamente lejos”, como en “infinitamente lejos, la energía potencial gravitatoria es igual a cero “, para garantizar que GPE, para cualquier objeto en un campo gravitatorio: siempre permanece “negativo”, por convención .

“Infinito” fue una elección arbitraria para la referencia de “punto cero”, evitando la ambigüedad que podría surgir si se usaran varios puntos de referencia diferentes .

Puede usar el punto de referencia que desee (siempre y cuando sea consistente). Por ejemplo, al establecer el punto cero como “nivel medio del mar”, el GPE para cualquier objeto elevado sobre el nivel del mar se vuelve positivo . No se preocupe: de cualquier manera, las leyes de Newton se aplican sin cambios.

Para obtener más información, consulte el artículo de Wikipedia , sección ¿Por qué elegir una convención donde la energía gravitatoria es negativa?

Mirar un péndulo simple ofrece una manera fácil de darse cuenta de que toda esta conversación sobre energía “negativa” y “positiva” no es más que semántica ; realmente no hay “energía negativa” (o, de manera equivalente, no hay “masa negativa” (excepto tal vez en ciencia ficción))!

Le da al sistema del péndulo un poco de energía potencial inicial levantando la sacudida (sus músculos trabajan ( es decir, “gastando” energía ATP) contra la fuerza de la gravedad ), y cuando suelta, el péndulo comienza a oscilar: convierte la energía potencial en cinética energía (en las bajadas), y conversión de la energía cinética en energía potencial (en las alturas).

Pero en realidad solo estamos tratando con una cantidad de energía en el sistema (la red de potencial más la energía cinética menos la entropía ) los prefijos “negativo” y “positivo” son simplemente convencionales, implementados para simplificar los cálculos matemáticos de “energía” . ”

La energía es una cantidad conservada , por lo que en un sistema de péndulo “ideal” (sin fricción y balanceándose en el vacío ), el péndulo se mantendría girando “para siempre” … Pero en “realidad”, siempre hay fricción (en la bisagra y contra la aire), por lo que cantidades minúsculas de energía se “filtran” continuamente del sistema, en forma de calor (esto es lo que se conoce como entropía termodinámica ).

Finalmente, toda la energía potencial suministrada inicialmente se ha “escapado” del sistema, y ​​el péndulo alcanza el equilibrio termodinámico (entropía máxima = la energía potencial inicial), es decir, deja de oscilar.

Answer 3

Por convención, esa energía potencial se define como cero cuando estás a una distancia infinita (o muy grande). Para llegar allí se requiere gastar o agregar energía, por lo que debe haber sido negativo para empezar.

(Una alternativa para definir el punto de referencia donde la energía potencial es cero, sería el centro de la Tierra, en cuyo caso la energía potencial sería positiva en la superficie. Sin embargo, no es práctico llegar a la superficie. Elegir la superficie como lo hace la referencia no funciona muy bien porque la distancia desde el centro en la superficie no es la misma en todas partes.)

Answer 4

Como lo señaló un escritor anterior, la energía potencial en un campo gravitacional se puede medir en relación con otra referencia. Pero se equivoca al decir que el infinito se usó arbitrariamente como el punto de referencia de energía potencial de cero absoluto. También se equivoca al decir que la EP gravitacional es negativa solo por convención. Voy a abordar ambos por separado a continuación.

1. El PE gravitacional (GPE) es positivo cuando estás “más arriba” en un campo gravitacional, es decir, más lejos del centro de masa. Explicación: el trabajo realizado es un producto puntual de fuerza y ​​desplazamiento. Cuando se mueve un objeto contra la gravedad, la fuerza y ​​el desplazamiento están en la misma dirección, es decir, lejos del centro de masa, por lo que el trabajo realizado es positivo. Eso significa que la GPE es más negativa cuando un cuerpo está más cerca del centro de masa. Esto se debe a que la gravedad es una fuerza atractiva.
2. Al buscar un punto de referencia absoluto, es importante tener algo que sea universalmente constante. En un campo gravitacional, la GPE es más negativa cuando el cuerpo está más cerca del centro de masa del planeta, es decir, y proporcional a la masa del planeta. Lo más cercano que puede acercarse es la superficie del planeta, y cuanto más denso es el planeta, más negativo es el GPE. Aunque hay una distancia mínima absoluta, no hay una masa / densidad máxima absoluta, en teoría. Por lo tanto, no hay GPE mínimo absoluto. Así que tendremos que establecer un punto de referencia absoluto en la dirección opuesta, es decir, lejos del centro de masa. Por lo tanto, la GPE máxima teórica absoluta es la más alejada de todos los campos gravitacionales posibles. Usando ese punto máximo de GPE como referencia, en todas partes, por lo tanto, tiene GPE negativo.

Answer 5

Usando la ecuación de Newton para la fuerza gravitacional para responder a esta pregunta, ya que es fácil de integrar, podemos calcular la diferencia de energía potencial entre dos distancias desde el centro de la Tierra. Encontramos que la energía entre la superficie de la Tierra y la Luna es proporcional al producto de las dos masas. Esto se multiplica por la Constante de Gravedad Universal y la diferencia entre los recíprocos de las dos distancias desde el centro de la Tierra.

Pero el valor obtenido al restar la energía más pequeña del valor más grande es negativo. Hemos utilizado el valor de la gravedad en relación con una distancia infinita de la Tierra, porque sabemos que allí la fuerza es cero. En el centro de la Tierra, la fuerza es infinita de acuerdo con la ecuación. Esto se debe a la Ley del cuadrado inverso que, en mi opinión, no siempre es aplicable a la gravedad.

Su pregunta es para una distancia diferente, pero se aplican los mismos argumentos.

Answer 6

No es una cosa. Esto es sólo por convención. La convención es que la energía potencial es cero en el infinito. Esta convención ahorra una resta en muchos tipos de problemas, pero tiene un efecto nulo en la dinámica, ya que la forma en que la energía potencial afecta al movimiento es solo a través de sus derivados.

Answer 7

Tener energía negativa significa que estás “atrapado” y que necesitas energía (velocidad y altura) para escapar (para flotar en el espacio y en lugar de volver a caer al suelo). La “energía mecánica total cero” sería el equilibrio justo donde tienes la altura y la velocidad suficientes para alejarte de la Tierra (y no volver a caer), pero luego viajar libremente en el espacio sin una velocidad apreciable después. El mismo sistema se usa para los niveles de energía de los electrones a medida que orbitan los átomos.

Answer 8

Significa que, como hemos elegido pe gravitacional en el infinito como cero … (en el infinito, el trabajo realizado fue máximo, por lo que deberías considerar cero como valor máximo de potencial) pero cuanto más cercano al potencial de la superficie es muy bajo, tiene un valor negativo significa que tenemos que ha hecho más trabajo para hacer que este negativo sea menos negativo o cero (por supuesto, en la inifinidad)

Answer 9

La fuerza gravitacional actúa sobre ella, a menos que el esfuerzo no esté en contradicción con esta fuerza.