Energieerhaltung für Gravitationskraft gültig?
Thermodynamik: Gesamtenergie bleibt immer gleich
Gravitationsbeschleunigung:
Um konstant zu beschleunigen muss ständig Energie reingesteckt werden.
Eine Rakete die sich auf gleichbleibender Höhe über dem Meeresspiegel hält(sich zur Erde nicht bewegt), braucht dieselbe Energie wie um auf 9.81m/s² zu beschleunigen, indem ständig Treibstoff verbraucht wird/Energie benötigt wird.
Der Rakete verbraucht ständig Energie um auf konstanter Höhe zu bleiben, das heißt die Gravitation erzeugt durch Gravitationsbeschleunigung Energie. ?
Würde der Treibstoff sofort ausgehen, würde die Rakete auf die Erde beschleunigt werden, der Impuls stiege linear und die zurückgelegte Strecke quadratisch an und die Rakete wäre immer schwerer aus ihrer Bahn abzulenken.
Diese Beschleunigung durch die Gravitationskraft die immer auf das Objekt einwirkt ist doch der Beweis, dass Energie durch Gravitation erzeugt wird
Die Gravitation wirkt ein ohne schwächer oder weniger zu werden.
Es macht einen Unterschied ob von einer externen Quelle Energie zugeführt wird und verbraucht wird, oder ob die Gravitation als ihre eigene Energiequelle nicht verbraucht werden kann. Die erzeugte Energie macht sich als Wirkung auf Masse sichtbar.
5 Antworten
Energieerhaltung für Gravitationskraft gültig?
Ja.
Thermodynamik: Gesamtenergie bleibt immer gleich
So ist es.
Um konstant zu beschleunigen muss ständig Energie reingesteckt werden.
Richtig. Dabei wird potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.
Eine Rakete die sich auf gleichbleibender Höhe über dem Meeresspiegel hält(sich zur Erde nicht bewegt), braucht dieselbe Energie wie um auf 9.81m/s² zu beschleunigen,
Nein, die "braucht" sie nicht. Man könnnte denselben Effekt auch ohne Energieaufwand z.B. mit einem Schwimmkörper oder einem Ballon erzeugen. Rein physikalisch gesehen, auch wenn das der Alltagserfahrung widerspricht, wird an der Rakete dabei keine Arbeiut verrichtet (Energie zugeführt), da sie sich nicht in Richtung der wirkenden Kraft bewegt. Die Beschleunigungsarbeit würde sich berechnen zu:
W = F * s.
Beides sind aber vektorielle Grlößen, sodass das Skalarprodukt gebildet werden muss und das wird zu 0, wenn die beiden Vektoren für Kraft und Weg senkrecht aufeinander stehen.
Diese Beschleunigung durch die Gravitationskraft die immer auf das Objekt einwirkt ist doch der Beweis, dass Energie durch Gravitation erzeugt wird
So ist es. Man spricht daher auch von Gravitationsenergie, Lageenergie oder potenzielller Energie, die ein Körper in einem Gravitationsfeld hat.
Die Gravitation wirkt ein ohne schwächer oder weniger zu werden.
Das stimmt nicht. Die Gravitationskraft nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab und damit auch die Gravitationsenergie.
Es macht einen Unterschied ob von einer externen Quelle Energie zugeführt wird und verbraucht wird, oder ob die Gravitation als ihre eigene Energiequelle nicht verbraucht werden kann.
Damit habe ich so meine Schwierigkeiten. Ein Körper, der beschleunigt wird, merkt physikalische gesehen eigentlich nicht, woher die beschleunigende Kraft bzw. Energie kommt.
Nein. Wenn die Rakete auf gleicher Höhe bleibt, dann geht die gesamte Energie in die Gase die unten aus der Rakete ausgestoßen werden. Die Gravitation erzeugt keine Energie. Du könntest genauso gut eine gespannte Feder betrachten und behaupten, dass die Feder ständig Energie erzeugt, weil sie ja die ganze Zeit eine Kraft ausübt. Das ist so aber nicht richtig. Eine Kraft alleine ist noch keine Energie.
Mit modernen Messinstrumenten kann man verschiedene Formen von Energie sehr präzise messen. Bis jetzt gab es aber noch nie ein Experiment, bei dem eine gespannte Feder eine messbare Menge an Energie abgegeben hat. Es handelt sich also um eine experimentell sehr gut untermauerte Annahme.
Gravitation mit Beschleunigung gleichzusetzen ist allerdings nicht ganz falsch. Denn Gravitation hat die exakt selbe physikalische Wirkung wie eine Beschleunigung.
Allerdings hat man auch da bis jetzt keinen Beweis gefunden, dass dort ständig Energie zugeführt wird. Außerdem übt das Gravitationsfeld der Erde ständig eine gigantische Kraft auf die Erdkruste, Berge, Meere usw. aus. Da müssten ja jeden Tag riesige Mengen an Energie frei werden. Wo geht diese Energie hin?
Da müssten ja jeden Tag riesige Mengen an Energie frei werden. Wo geht diese Energie hin?
Die Energie geht in die Bewegung/in die Wirkung.
Und diese Wirkung lässt sich sehen
Die Erdkruste und Meere erfahren ständig eine Wirkung, das ist die "messbare" Energie
Energie macht sich sichtbar durch Bewegung/Wirkung und die Beschleunigung a in Kraft beinhaltet eine Bewegung (a=v/t)
Dass Masse angezogen wird und zu Boden fällt ist Bewegung, oder wenn die Masse auf dem Boden liegt, übt sie ständig eine Kraft auf den Boden aus
Wir müssen hier unterscheiden zwischen gespeicherter Energie und der Freisetzung von Energie.
Beispiele für gespeicherte Energie sind Batterien, Federn oder auch Gravitation. Ein Energiespeicher setzt aber nicht ständig Energie frei. Und erzeugen tut er sie erst recht nicht. Energie wird nie erzeugt, sondern immer nur von einer Form in die andere umgewandelt. Ein Energiespeicher kann seine Energie abgeben wobei die Energie in eine andere Form umgewandelt werden kann. Das nennt man auch freisetzen von Energie.
Das geschieht dann aber nicht dauerhaft, sondern nur solange, bis der Speicher leer ist. Deshalb muss man Handys ja auch immer wieder aufladen.
Wenn ich dich richtig verstanden habe, bist du der Meinung, dass Gravitation eine unendliche Energiequelle ist, die ständig Energie abgibt ohne dabei schwächer zu werden. Aber das kann halt nicht funktionieren. Das Gravitationsfeld der Erde hat eine gewisse Menge an Energie gespeichert. Diese kann aber nur abgegeben werden, wenn sich ein Objekt nach unten bewegt. Bewegt man das Objekt nach oben, speichert man Energie im Gravitationsfeld.
Man kann durchaus behaupten, dass die Wirkung der Gravitation auf der gespeicherten Energie beruht, aber halt nicht auf einer Erzeugung oder Freisetzung von Energie. Würde tatsächlich Energie erzeugt, dann müsste die Wirkung mehr als nur eine Kraft sein.
Würde tatsächlich Energie erzeugt, dann müsste die Wirkung mehr als nur eine Kraft sein.
Eine Kraft ist Wirkung
Um der Gravitationsbeschleunigung entgegenzuwirken wie im vorherigen Beispiel, muss die Rakete um auf derselben Höhe zu bleiben Treibstoff/Energie verbrauchen, um eben dieser Gravitationskraft entgegenzuwirken. Dazu ist das die Wirkung, nämlich Bewegung durch Gravitationsbeschleunigung in die Richtung in die Gravitationskraft wirkt. Lässt du ein Gegenstand fallen, bewegt es sich nach unten, fällt auf den Boden. Und am Boden übt es weiterhin ständig Kraft aus, indem es gegen den Boden drückt. Und für Kraft braucht man Beschleunigung von Bewegung, und für Beschleunigung zugeführte Energie. Die Wirkung von Beschleunigung ist Kraft. In dieser Kraft steckt Beschleunigung und Bewegung. (F=m⋅a , a=v/t)
Die Wirkung ist sichtbar(wenn Masse auf den Boden fällt) und messbar wenn die Masse am Boden ist. Die Erzeugung/Freisetzung von Energie ist grade die Kraft.
Das mag vielleicht nicht mit der aktuellen Physik übereinstimmen, aber gemäß der Formel lieg ich nicht falsch, wenn ich sage, dass Kraft Bewegung beinhaltet. Und Bewegung von Masse ist Energie. Also entsteht jede Kraft durch Erzeugung von Energie
Um das nochmal verständlicher zu machen: Stell dir vor du hebst ein schweres Objekt. Um das Objekt zu halten musst du ständig Energie aufwenden, wenn du das Objekt unendlich lange halten wollen würdest müsstest du durch Kraft (F=m⋅a) unendlich viel Energie entgegen dieser nach unten ziehenden Kraft ausüben, nur um das Objekt ständig auf gleicher Höhe zu halten, da es nie aufhört eine konstante Kraft auszuüben. Die gleiche Energie wird benötigt wie zum Beschleunigen der Masse auf 9.81 m/s²
Irgendwie falsche Reihenfolge: Eine Beschleunigung braucht eine Kraft, nicjt umgekehrt.
Die Formel F = m*a gilt auch für den Fall, dass eine Kraft existiert, die theoretisch zu einer Beschleunigung führen könnte, wenn kein Hindernis im Weg wäre. Auch wenn sich tatsächlich gar nichts bewegt. In dem Fall steht a für die theoretische Beschleunigung und nicht für eine reale. Energie wird aber nur freigesetzt bzw. auf das Objekt übertragen, wenn es auch tatsächlich seine Geschwindigkeit ändert.
Wenn du ein Objekt hältst, dann müssen deine Muskeln ständig arbeiten und ermüden irgendwann. Das liegt aber an der Art und Weise wie deine Muskeln funktionieren. Das kann man dann mit einer Rakete vergleichen, die ständig auf der selben Höhe bleibt und dabei die ganze Zeit Treibstoff verbrauchen muss.
Die Energie, die deine Muskeln umsetzen, wird dabei in Wärme umgewandelt. Hast du aber ein solides Objekt, wie z.B. einen Tisch, auf den du das Gewicht legst, dann wird keine Energie benötigt, um es am herunter fallen zu hindern.
Kraft ist Masse mal Beschleunigung laut der Formel, also braucht Kraft Beschleunigung. Wenn Beschleunigung 0 ist, ist die Kraft 0 (F=0=m⋅0).
Eine Masse braucht zur Beschleunigung eigentlich auch Kraft. Also beides richtig (zumindest logisch)
Und was ist wenn eine Kraft ein Auto gegen eine feste Mauer drückt? Kraft ist da, Beschleunigung aber nicht.
Eine hespannte Feder kann ihre Energie nur einmal abgeben, nicht ständig. Ev. in "kleinen Häppchen", aber in der Summe nur einmal. Dann muss sie neu gespannt werden, also wieder Energie "hinein gepumpt" werden.
für den Fall, dass Kraft existiert, die theoretisch zu einer Beschleunigung führen könnte, wenn kein Hindernis im Weg wäre. Auch wenn sich tatsächlich gar nichts bewegt.Das ist ein guter Punkt, aber trotzdem wird die gleiche Menge an Energie benötigt wie für die Beschleunigung um gegen der Kraft entgegenzuwirken.
Macht es dann einen Unterschied von Energie zu sprechen, ob das Objekt sich tatsächlich bewegt/beschleunigt wird, oder die Kraft ausrichtet ohne Bewegung? Beides benötigt die selbe Energiemenge ob mit oder ohne tatsächliche Bewegung.Die Energie könnte man dann genauso betrachten, dass die Kraft theoretisch zu einer Bewegung/Geschwindigkeit und zurückgelegter Strecke führen würde, wenn kein Hindernis da wäre.
Wenn du ein Objekt hältst, dann müssen deine Muskeln ständig arbeiten und ermüden irgendwann. Das liegt aber an der Art und Weise wie deine Muskeln funktionieren.
Das liegt daran, dass Muskeln zum Entgegenwirken der Gravitationskraft Energie benötigen. Zum Entgegenwirken/Ausgleichen muss Arbeit verrichtet werden. Gegen eine Feder verrichtet man auch ständig Arbeit weil Atombindungen eine Kraft erzeugen
Eine ungespannte Feder übt keine Kraft in diese Richtung mehr aus wenn es nicht mehr gespannt ist, Gravitation aber immer, auch wenn das Objekt am Boden ist, vergleichbar mit einer immer gespannten Feder
Energie ist gleich Kraft mal Weg. Wenn sich das Objekt nicht bewegt, dann ist der Weg Null. Folglich ist auch die Energie gleich Null.
Bei den Muskeln funktioniert das folgendermaßen: Die Muskelfasern werden durch eine chemische Reaktion angespannt. Dadurch bewegt sich der ganze Muskel ein klein wenig, auch wenn man versucht den Arm still zu halten. Danach entspannt sich der Muskel ein bisschen und der ganze Vorgang fängt wieder von vorne an. Der Muskel zittert also die ganze Zeit während du das Objekt hältst. Bei jedem dieser Zyklen wird ein Teil der Energie direkt in Wärme umgewandelt und ein weiterer Teil wird zuerst in Bewegungsenergie gewandelt und danach in Wärme, Das bedeutet, dass keinerlei Energie im Objekt bzw. im Gravitationsfeld gespeichert wird, solange du den Arm in der Position hältst.
Bei der Feder ist der Energiespeicher die Elastizität und das Bestreben zur ursprünglichen Form zurück zu kehren. Ziehst Du sie auseinander,"speicherst" Du Deine aufgewendete in ihr.
Bei der Schwerkraft ist das etwas anders: Da besteht das "Spannen", also Energie speichern darin, dass Du z. B. einen Stein vom Boden aufhebst und auf einen Tisch legst. Fällt der Stein vom Tisch, gibt er die zuvor gespeicherte Energie wieder ab, er beschleunigt, bis er auf den Boden prallt.Er könnte weiter fallen bis zum Erdmittelpunkt, wo sich alle Erdgravitation gegenseitig aufhebt.
Sowohl bei der Feder als auch beim Stein hast Du erst Energie reingesteckt, die dann - jeweils nur einmal - frei wird.Die Gravitation beinhaltet also keine "unendliche" Energie, alle Materie in Gravitationsfeldern hat nur das Bestreben, sich zum, ich sage mal, energieärmsten Punkt hin zu bewegen. Der Stein will auch zum Erdmittelpunkt, wird aber durch die Erdkruste daran gehindert.
Auch Deine Rakete kann nur dann herunterfallen, wenn sie zuvor durch die Energie des Raketenmotors entgegen der Schwerkraft nach oben gehoben wurde, das Herunterfallen beinhaltet also nur die zuvor per Verbrennung erzeugte Energie. Die Rakete kann nicht öfters herunterfallen als sie zuvor nach oben katapultiert wurde. Wo also soll da Gravitation "Energie erzeugt" haben?
auf der erdoberfläche kann der stein unendlich lange einen druck/eine kraft auf diese ausüben
auf den stein im erdmittelpunkt wirkt von allen richtungen eine kraft, was druck auf ihn verursacht, unter anderem weil stein und erdäußeres sich gegenseitig anziehen. die wirkung der gravitation auf den stein wäre im erdmittelpunkt maximal. es ist also durch anziehende gravitationskraft ständig eine wirkung da(in form von druck oder bewegung), weshalb ein vergleich mit einer feder nicht ganz zutrifft
angenommen im erdmittelpunkt wäre ein 1m^3 hohlraum und der stein wäre in diesem raum, wäre er schwerelos, weil die gravitationskraft von allen richtungen sich ausgleicht. um solchen hohlraum zu erzeugen, müsste man kraft auf die wände einwirken in entgegengesetzte richtung des steins, um der gravitationskraft entgegenzuwirken und die wände davon abzuhalten auf den stein zu fallen und auf ihn druck auszuüben.
der wirkung der gravitationskraft die immer da ist kann nur entgegengewirkt werden, um sie so auszugleichen, dass es so scheint als ob sie nicht mehr da wäre. sie existiert aber anders als die federkraft immer
Eine Feder, die nie entspannt wird, übt auch Druck bzw. Zug aus, bis sie verrostet.
Ich kann an einen Stein kugelförmig viele Federn befestigen, dann bleibt der Stein auch "in der Mitte" hängen.
ja, weil eine gespannte feder ständig den stein zieht, ist ständig kraft und wirkung. die feder hat das potential zu bewegen und beschleunigen, und wird es auch tun wenn es die möglichkeit hat(zb wenn kein hindernis, reibung, gegenkräfte). man könnte das mit gravitation auf der erdoberfläche vergleichen. die kraft braucht nicht unbedingt etwas zu bewegen, wird aber durch beschleunigung beschrieben. obwohl druck die atome und moleküle und deren bewegung beeinflusst. ich frag mich nur warum die kraft nicht anders beschrieben werden kann als durch beschleunigung wenn die kraft tatsächlich nichts beschleunigen muss, weil eine objektbeschleunigung braucht energie die zugeführt wird. und da die zugeführte energie indirekt in der formel für kraft drinsteckt, kann man das so deuten, dass gravitationskraft ständige energieproduktion ist
Der letzte Satz ist unbelegbar! Denke Dir doch mal 'ne Versuchsanordnung aus, die das belegen könnte.
Energieerhaltung für Gravitationskraft gültig?
ja klar.
das kann man im rahmen der klassischen mechanik auch mathematisch beweisen. das bedeutet dass es völlig egal ist wie ausgeklügelt, kompliziert und verschachtelt man eine situation auch konstruieren mag um einen gegenbeweis zu bringen, wenn am ende die energie nicht erhalten ist, dann hat man sich schlicht und egreifend einfach verrechnet. das ist das schöne an mathematischen beweisen.
Der Rakete verbraucht ständig Energie um auf konstanter Höhe zu bleiben, das heißt die Gravitation erzeugt durch Gravitationsbeschleunigung Energie. ?
nein.
wie kommst du darauf?
die chemische energie des treibstoffs wird umgewandelt in die bewegungsenergie der ausgestoßenen gase.
Würde der Treibstoff sofort ausgehen, würde die Rakete auf die Erde beschleunigt werden,
ja, ihre kinetische energie würde sich erhöhen, ihre potentielle energie entsprechend verringern.
aber die bewegungsenergie der ausgestoßenen gase muss entgegen der gravitationskraft genutzt werden, entgegen wirken, um die rakete auf gleicher höhe zu halten. es muss also ständig energie verwendet werden um eine gegenkraft aufzuwenden, nur um die gravitationskraft auszugleichen. ohne gravitationskraft würde die rakete nach oben beschleunigt werden. und wenn zum ausgleich ständig neue energie aufgewendet werden muss, wendet die gravitationskraft ebenfalls ständig neue energie auf, nur so kann es zum gleichgewicht kommen.
um (gravitations)kraft entgegenzuwirken braucht es eine gegenkraft(durch die ausgestoßenen gase des treibstoffs), und um diese kraft zu erzeugen muss ständig treibstoff verbraucht werden, energie zugeführt werden(durch bewegungsenergie der ausgestoßenen gase). und wenn der treibstoff leer ist, braucht es weiteren, um die rakete auf der gleichen höhe zu halten.
warum kann kraft nicht anders beschrieben werden als durch beschleunigung wenn die kraft tatsächlich nichts beschleunigen muss, weil eine objektbeschleunigung braucht energie die zugeführt wird. und da die zugeführte energie indirekt in der formel für kraft drinsteckt, kann man das so deuten, dass (gravitations)kraft ständige energieproduktion ist
in der formel für kraft steckt masse und beschleunigung, damit auch zeit und geschwindigkeit, damit auch strecke. in kraft steckt alles was energie ausmacht: masse, strecke, zeit (f = m * s/t^2)
es muss also ständig energie verwendet werden um eine gegenkraft aufzuwenden, nur um die gravitationskraft auszugleichen.
einer rakete, die in der luft stillsteht, muss ständig chemische energie in thermische und in folge kinetische energie umwandeln.
bei etwas das an einem seil hängt, auf einem tisch liegt, oder du in der hand hältst, brauchst du das nicht.
ohne gravitationskraft würde die rakete nach oben beschleunigt werden
was nichts anderes bedeutet, als dass die gravitationskraft in der tat, wie der name sagt, eine kraft ist.
und wenn zum ausgleich ständig neue energie aufgewendet werden muss
muss nicht. um eine KRAFT auszugleichen braucht es eine entgegengerichtete KRAFT.
um (gravitations)kraft entgegenzuwirken braucht es eine gegenkraft(durch die ausgestoßenen gase des treibstoffs),
ja, hier sagst du es ja selbst.
und um diese kraft zu erzeugen muss ständig treibstoff verbraucht werden
bei der rakete.
bei meiner schreibtischlampe nicht. die fällt auch ohne treibstoff nicht in den erdmittelpunkt.
warum kann kraft nicht anders beschrieben werden als durch beschleunigung
die definition der kraft ist die zeitliche änderung des impulses. bei konstanter masse ist das eben masse*beschleunigung. wie gesagt, das ist eine definition.
weil eine objektbeschleunigung braucht energie die zugeführt wird.
das ist nicht allgemein korrekt. bei einer kraft (und damit beschleunigung), die senkrecht zur bewegungsrichtung wirkt, wird keine arbeit verrichtet.
und da die zugeführte energie indirekt in der formel für kraft drinsteckt
das ist nicht korrekt. siehe oben
F=dp/dt (vektoriell)
in der formel für kraft steckt masse und beschleunigung, damit auch zeit und geschwindigkeit, damit auch strecke. in kraft steckt alles was energie ausmacht: masse, strecke, zeit (f = m * s/t^2)
und? nur weil eine physikalische größe die dimension länge^x * zeit^y * masse^z, mit x,y,z ungleich 0, hat, heißt das nicht dass es "energie verbraucht".
und nochmals was ich in meiner antwort geschrieben habe. energieerhaltung ist in der Newtonschen mechanik (inklusive gravitation) mathematisch bewiesen. bzw definieren wir energie sogar als jene größe, deren erhaltung aus der invarianz der naturgesetze unter zeittranslationen folgt. daran gibt es nichts zu rütteln.
Der Rakete verbraucht ständig Energie um auf konstanter Höhe zu bleiben
Das ist richtig.
das heißt die Gravitation erzeugt durch Gravitationsbeschleunigung Energie. ?
Die Folgerund daraus ist aber falsch. Da sich die Höhe der Rakete nicht ändert verändert sich auch ihre Energie nicht. In diesem Fall ist es so dass sich die zugeführte Energie und die Energieverluste zB in der Düse, durch Restwärme der Abgase usw einfach decken.
Sprich die Rakete pumpt die Energie in die Umgebung und heizt zB einfach die Luft auf.
Diese Beschleunigung durch die Gravitationskraft die immer auf das Objekt einwirkt ist doch der Beweis, dass Energie durch Gravitation erzeugt wird
Das zeigt dass Energie gespeichert wird. Um genau zu sein E=m*g*h
Ich denke du vermengst Energie und Kraft...
Eine Kraft ist noch keine Energie...
Eine konstante Flugbahn ist das Ergebnis von Kräftegleichgewichten, nicht von reingesteckten Energien...
Energie (Antrieb) führt zu Änderungen von Flugbahnen...
= Kraftstoff brauchst du nur um den Satellit in den Orbit zu bringen, aber nicht um ihn dort zu halten...
Du könntest genauso gut eine gespannte Feder betrachten und behaupten, dass die Feder ständig Energie erzeugt
Vielleicht tut sie das ja, genauso wie alle anderen Kräfte. Dass sie das nicht tut ist eine Annahme
Eine Kraft braucht Beschleunigung, und für Beschleunigung muss ständig Energie zugeführt werden