Гравитация и закон сохранения энергии

User avatar
crypto5
Уже с Приветом
Posts: 4637
Joined: 24 Oct 2009 01:38
Location: Chicago ;-) -> SFBA!

Гравитация и закон сохранения энергии

Post by crypto5 »

Я уже давно забыл физику, тем более что в институте ее не учил(учился на чем то похожем на экономическую кибернетику), но вот мой ум будоражит вопрос:
предположим у нас есть два тела в состоянии покоя друг относительно друга - планета и консервная банка. Планета притягивает своим гравитационным полем банку придавая ей ускорение - совершается работа - значит должна тратится энергия. Какая именно энергия тратится? Откуда она берется и когда закончится? Что говорит на этот счет теоретическая физика? Возможно кто нибудь сможет объяснить популярным языком или дать ссылку на правильную статью?
In vino Veritas!
User avatar
GalinaF
Уже с Приветом
Posts: 701
Joined: 06 Dec 2003 22:49
Location: CT

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by GalinaF »

Ну, наверно, тратится потенциальная энергия банки mgh. Ведь кто-то эту банку сначала поднял на высоту h, расходуя свою родную энергию.
User avatar
GalinaF
Уже с Приветом
Posts: 701
Joined: 06 Dec 2003 22:49
Location: CT

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by GalinaF »

Ну, наверно, тратится потенциальная энергия банки mgh. Ведь кто-то эту банку сначала поднял на высоту h, расходуя свою родную энергию.
User avatar
AKBApuyc
Уже с Приветом
Posts: 14070
Joined: 16 Aug 2004 01:49
Location: USA

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by AKBApuyc »

crypto5 wrote:Я уже давно забыл физику, тем более что в институте ее не учил(учился на чем то похожем на экономическую кибернетику), но вот мой ум будоражит вопрос:
предположим у нас есть два тела в состоянии покоя друг относительно друга - планета и консервная банка. Планета притягивает своим гравитационным полем банку придавая ей ускорение - совершается работа - значит должна тратится энергия. Какая именно энергия тратится? Откуда она берется и когда закончится? Что говорит на этот счет теоретическая физика? Возможно кто нибудь сможет объяснить популярным языком или дать ссылку на правильную статью?
энергия вроде и не тратится, перекачивается из одного вида в другой, нет ?
Treat others as you would like to be treated
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63377
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Flash-04 »

crypto5 wrote:Я уже давно забыл физику, тем более что в институте ее не учил(учился на чем то похожем на экономическую кибернетику), но вот мой ум будоражит вопрос:
предположим у нас есть два тела в состоянии покоя друг относительно друга - планета и консервная банка. Планета притягивает своим гравитационным полем банку придавая ей ускорение - совершается работа - значит должна тратится энергия. Какая именно энергия тратится? Откуда она берется и когда закончится? Что говорит на этот счет теоретическая физика? Возможно кто нибудь сможет объяснить популярным языком или дать ссылку на правильную статью?
учебник Сивухина.
потенциальная энергия гравитационного поля переходит в кинетическую энергию.
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
User avatar
crypto5
Уже с Приветом
Posts: 4637
Joined: 24 Oct 2009 01:38
Location: Chicago ;-) -> SFBA!

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by crypto5 »

Flash-04 wrote:
crypto5 wrote:Я уже давно забыл физику, тем более что в институте ее не учил(учился на чем то похожем на экономическую кибернетику), но вот мой ум будоражит вопрос:
предположим у нас есть два тела в состоянии покоя друг относительно друга - планета и консервная банка. Планета притягивает своим гравитационным полем банку придавая ей ускорение - совершается работа - значит должна тратится энергия. Какая именно энергия тратится? Откуда она берется и когда закончится? Что говорит на этот счет теоретическая физика? Возможно кто нибудь сможет объяснить популярным языком или дать ссылку на правильную статью?
учебник Сивухина.
потенциальная энергия гравитационного поля переходит в кинетическую энергию.
Ну такое обьяснение понятно, но потенциальная энергия - это метафора.

Например у нас в какой то момент есть растянутая пружина и на ней есть груз, в этот момент времени груз имеет потенциальную энергию, которая заключается в растянутой кристалической решетке пружины, то есть ранее мы потратили энергию что бы растянуть кристалическуб решетку пружины, энергия перешла в растянутость, и она закончится когда пружина сожмется. А в случае гравитационного поля где хранится энергия, и откуда она там взялась, и когда закончится?
In vino Veritas!
User avatar
AKBApuyc
Уже с Приветом
Posts: 14070
Joined: 16 Aug 2004 01:49
Location: USA

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by AKBApuyc »

crypto5 wrote:А в случае гравитационного поля где хранится энергия, и откуда она там взялась, и когда закончится?
по моему о природе гравитации все еще спорят а с участившимися космическими полетами - еще и сталкиваются с явлениями, противоречащими современному ее пониманию

кто знает наверняка - действительно, расскажите... очень интересно
Treat others as you would like to be treated
Unlucky Luke
Уже с Приветом
Posts: 1643
Joined: 12 Sep 2008 07:01
Location: USA, OH

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Unlucky Luke »

То есть вопрос, совершает ли работу гравитационное поле обеспечивая орбитальную траекторию спутника?
Я понимаю, что здесь сила действует перпендикулярно вектору скорости, объект под действием силы снижается и поворачивает, но настолько же "снижается" и поверхность под ним, так что он всё время оказывается на одинаковом расстоянии. А почему при этом не выделяется энергия - пусть мне люди с физфака объяснят, я физику учил по Савельеву :)
Получается что-то вроде всякое тело стремится сохранять круговое движение находясь под действием центростремительно силы.
Relax I'm a doctor!
User avatar
venco
Уже с Приветом
Posts: 2001
Joined: 10 Nov 2004 00:34
Location: MD

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by venco »

crypto5 wrote:
Flash-04 wrote:потенциальная энергия гравитационного поля переходит в кинетическую энергию.
Ну такое обьяснение понятно, но потенциальная энергия - это метафора.

Например у нас в какой то момент есть растянутая пружина и на ней есть груз, в этот момент времени груз имеет потенциальную энергию, которая заключается в растянутой кристалической решетке пружины, то есть ранее мы потратили энергию что бы растянуть кристалическуб решетку пружины, энергия перешла в растянутость, и она закончится когда пружина сожмется. А в случае гравитационного поля где хранится энергия, и откуда она там взялась, и когда закончится?
У пружины точно такая-же "метафора" - потенциальная энергия электрического поля ядер и электронов.
User avatar
Dmitry67
Уже с Приветом
Posts: 28283
Joined: 29 Aug 2000 09:01
Location: SPB --> Gloucester, MA, US --> SPB --> Paris

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Dmitry67 »

В Общей Теории Относительности понятие потенциальной энергии крайне расплавчато. Есть много разных несогласущихся определений, подходящих для разных частных случаев. В общем же случае в ОТО ни импульс, ни энергия не сохраняется. Эти величины сохраняются локально, но из локальных законов сохраниения как оказываются не следуют глобальные.

Пример явно выраженного такого нарушения:
http://www.science20.com/hammock_physic ... mpty_space
Там есть картинка. ЕСли кратко, то можно 'плыть' через пустое, но искривленное пространство, совершая всякие манипуляции телом, без реактивного действия (то есть не швыряя предметы в разные стороны)
Зарегистрированный нацпредатель, удостоверение N 19719876044787 от 22.09.2014
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63377
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Flash-04 »

crypto5 wrote:Ну такое обьяснение понятно, но потенциальная энергия - это метафора.

Например у нас в какой то момент есть растянутая пружина и на ней есть груз, в этот момент времени груз имеет потенциальную энергию, которая заключается в растянутой кристалической решетке пружины, то есть ранее мы потратили энергию что бы растянуть кристалическуб решетку пружины, энергия перешла в растянутость, и она закончится когда пружина сожмется. А в случае гравитационного поля где хранится энергия, и откуда она там взялась, и когда закончится?
ага, т.е. с пружиной вам понятно. А вы уверены в этом? 8) Ведь как заметил venco всё ведь в итоге упрется в потенциальную энергию электрического поля атомов, которое и заставляет их выстроится к решетку, т.к. у в конфигурации находится "яма" потенциального поля системы атомов.
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63377
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Flash-04 »

Dmitry67 wrote:В Общей Теории Относительности понятие потенциальной энергии крайне расплавчато. Есть много разных несогласущихся определений, подходящих для разных частных случаев. В общем же случае в ОТО ни импульс, ни энергия не сохраняется. Эти величины сохраняются локально, но из локальных законов сохраниения как оказываются не следуют глобальные.
не совсем так:
http://en.wikipedia.org/wiki/Conservati ... Relativity
OTO не отменяет закон сохранения, просто он становится сложнее
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
User avatar
Dmitry67
Уже с Приветом
Posts: 28283
Joined: 29 Aug 2000 09:01
Location: SPB --> Gloucester, MA, US --> SPB --> Paris

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Dmitry67 »

Где вы там прочитали про Global convervation? Это ключевое слово

Классическим примером несохранения энергии является CMB - при увеличении размеров Вселенной в 10 раз плотность материи падает в 1000 раз, а излучения - в 10000 раз

В сильно искривленном пространстве (например с временными циклами) непонятно, как даже сформулировать, что такое 'сохраняется'

В частности, для всей вселенной невозможно применить законы сохранения, так как ни одна система отсчета не может охватить ее дальше горизонта.
Зарегистрированный нацпредатель, удостоверение N 19719876044787 от 22.09.2014
User avatar
Fielder
Уже с Приветом
Posts: 695
Joined: 26 Mar 1999 10:01
Location: Moscow -> Rockville, MD -> Muenchen

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fielder »

совсем недавно в популярной статейке это описывали ... сохранение энергии это следствие симметрии времени, но если рассматривать Вселенную как физическую систему, то в ней время не симметрично, что очевидно, т.к. есть начало и она расширяется , т.е само пространство меняется, а как следствие и момент времени в прошлом и в настоящем/будущем не эквивалентны, и как следствие ведет к тому, что энергия не обязана сохраняться в ней (во Вселенной, как целом), т.е. она может сохранятся, но не обязана.
Du glaubst zu schieben, und du wirst geschoben. (c) Goethe
User avatar
Fortinbras
Уже с Приветом
Posts: 13716
Joined: 20 Nov 2009 04:01

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fortinbras »

Fielder wrote:совсем недавно в популярной статейке это описывали ... сохранение энергии это следствие симметрии времени, но если рассматривать Вселенную как физическую систему, то в ней время не симметрично, что очевидно, т.к. есть начало и она расширяется , т.е само пространство меняется, а как следствие и момент времени в прошлом и в настоящем/будущем не эквивалентны, и как следствие ведет к тому, что энергия не обязана сохраняться в ней (во Вселенной, как целом), т.е. она может сохранятся, но не обязана.
это Noether's theorem, её же в курсе физики проходят, по-моему даже гуманитарии. Однородность времени - сохранение энергии, пространства - импульса, изотропность пр-ра - момента импульса.

И формулировка другая, что сохранение энергии - это следствие, что физические законы не изменяются со временем.
User avatar
Fielder
Уже с Приветом
Posts: 695
Joined: 26 Mar 1999 10:01
Location: Moscow -> Rockville, MD -> Muenchen

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fielder »

Fortinbras wrote:
Fielder wrote:совсем недавно в популярной статейке это описывали ... сохранение энергии это следствие симметрии времени, но если рассматривать Вселенную как физическую систему, то в ней время не симметрично, что очевидно, т.к. есть начало и она расширяется , т.е само пространство меняется, а как следствие и момент времени в прошлом и в настоящем/будущем не эквивалентны, и как следствие ведет к тому, что энергия не обязана сохраняться в ней (во Вселенной, как целом), т.е. она может сохранятся, но не обязана.
это Noether's theorem, её же в курсе физики проходят, по-моему даже гуманитарии. Однородность времени - сохранение энергии, пространства - импульса, изотропность пр-ра - момента импульса.

И формулировка другая, что сохранение энергии - это следствие, что физические законы не изменяются со временем.

немного не так:
(ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_Нётер)
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%B5%D1%80

"Теоре́ма Эмми Нётер утверждает, что каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Так, закон сохранения энергии соответствует однородности времени"
Du glaubst zu schieben, und du wirst geschoben. (c) Goethe
User avatar
Fortinbras
Уже с Приветом
Posts: 13716
Joined: 20 Nov 2009 04:01

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fortinbras »

Fielder wrote:
Fortinbras wrote:
Fielder wrote:совсем недавно в популярной статейке это описывали ... сохранение энергии это следствие симметрии времени, но если рассматривать Вселенную как физическую систему, то в ней время не симметрично, что очевидно, т.к. есть начало и она расширяется , т.е само пространство меняется, а как следствие и момент времени в прошлом и в настоящем/будущем не эквивалентны, и как следствие ведет к тому, что энергия не обязана сохраняться в ней (во Вселенной, как целом), т.е. она может сохранятся, но не обязана.
это Noether's theorem, её же в курсе физики проходят, по-моему даже гуманитарии. Однородность времени - сохранение энергии, пространства - импульса, изотропность пр-ра - момента импульса.

И формулировка другая, что сохранение энергии - это следствие, что физические законы не изменяются со временем.

немного не так:
(ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_Нётер)
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%B5%D1%80

"Теоре́ма Эмми Нётер утверждает, что каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Так, закон сохранения энергии соответствует однородности времени"
Ну и что не так? Однородность времени - это что физ.законы не зависят от конкретной даты, а не то, что в разные времена разные события случались.
User avatar
Fielder
Уже с Приветом
Posts: 695
Joined: 26 Mar 1999 10:01
Location: Moscow -> Rockville, MD -> Muenchen

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fielder »

Fortinbras wrote:
Fielder wrote:
немного не так:
(ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_Нётер)
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%B5%D1%80

"Теоре́ма Эмми Нётер утверждает, что каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Так, закон сохранения энергии соответствует однородности времени"
Ну и что не так? Однородность времени - это что физ.законы не зависят от конкретной даты, а не то, что в разные времена разные события случались.

у вас поменялась причина со следствием, это симметрия времени является причиной того, что энергия сохраняется, а не наоборот, и в теореме не говорится о физических законах, по крайне мере так, как вы пишите здесь
Du glaubst zu schieben, und du wirst geschoben. (c) Goethe
User avatar
Fortinbras
Уже с Приветом
Posts: 13716
Joined: 20 Nov 2009 04:01

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fortinbras »

Fielder wrote: у вас поменялась причина со следствием, это симметрия времени является причиной того, что энергия сохраняется, а не наоборот, и в теореме не говорится о физических законах, по крайне мере так, как вы пишите здесь
Время несимметрично, оно однородно, т.е., грубо говоря один и тот же опыт, проведённый в одних и тех же условиях, будет давать одни и те же результаты в любые моменты времени.

В теореме Нётер просто вставляется преобразование t -> t+dt в Лангранжиан и из условия, что он не изменился - получают сохранение энергии.
User avatar
Fielder
Уже с Приветом
Posts: 695
Joined: 26 Mar 1999 10:01
Location: Moscow -> Rockville, MD -> Muenchen

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fielder »

Fortinbras wrote:
Fielder wrote: у вас поменялась причина со следствием, это симметрия времени является причиной того, что энергия сохраняется, а не наоборот, и в теореме не говорится о физических законах, по крайне мере так, как вы пишите здесь
Время несимметрично, оно однородно, т.е., грубо говоря один и тот же опыт, проведённый в одних и тех же условиях, будет давать одни и те же результаты в любые моменты времени.

В теореме Нётер просто вставляется преобразование t -> t+dt в Лангранжиан и из условия, что он не изменился - получают сохранение энергии.
это и есть симметрия
Du glaubst zu schieben, und du wirst geschoben. (c) Goethe
User avatar
Dmitry67
Уже с Приветом
Posts: 28283
Joined: 29 Aug 2000 09:01
Location: SPB --> Gloucester, MA, US --> SPB --> Paris

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Dmitry67 »

Теорема Нетер НЕ работает в искривленном пространстве/времени!
Опаньки!
Зарегистрированный нацпредатель, удостоверение N 19719876044787 от 22.09.2014
User avatar
Fielder
Уже с Приветом
Posts: 695
Joined: 26 Mar 1999 10:01
Location: Moscow -> Rockville, MD -> Muenchen

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Fielder »

Dmitry67 wrote:Теорема Нетер НЕ работает в искривленном пространстве/времени!
Опаньки!

но симметрии присутствуют и законы сохранения работают ...

см. например: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_phys ... 0%BE%D1%80

(dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4887/тензор)
Du glaubst zu schieben, und du wirst geschoben. (c) Goethe
User avatar
Dmitry67
Уже с Приветом
Posts: 28283
Joined: 29 Aug 2000 09:01
Location: SPB --> Gloucester, MA, US --> SPB --> Paris

Re: Гравитация и закон сохранения энергии

Post by Dmitry67 »

Локально.
Автор статьи правильно пишет
Так как tmv не является тензором, ковариантное понятие плотности энергии и импульса не определено (напр., преобразованиями координат tmv может быть сделан равным нулю в любой данной точке).
это давно известная проблема и
Однако вектор полных энергии и импульса системы ... где Stx -бесконечно удаленная поверхность, сохраняется во времени и не зависит от выбора координат пространственно временной "трубки", в к-рой сосредоточена мате-рия Т о , псевдотензор (7) определяет разумное понятие потных энергии и импульса Отметим однако, что в теории гравитации использование нековариантных. объектов типа (7) приносит мало пользы
возвращаясь же от сферического коня в вакууме вроде "бесконечно удаленная поверхность, сохраняется во времени и не зависит от выбора координат" к реальности.

1. В расширяющейся ускоренно вселенной нельзя ввести "бесконечно удаленную поверхность", так как она оказывается за Cosmological Horizon. таким образом в остутствии flat boundary conditions at infinity вы даже не можете выделить 4D "об'ем/трубку" где что либо сохранятся

2. Предлагаю подумать над тем, как вообще определить, что нечто (неважно что) сохраняется глобально в случае наличия Closed Time Loops.
Зарегистрированный нацпредатель, удостоверение N 19719876044787 от 22.09.2014

Return to “Наука и Жизнь”