В какие виды энергии переходила гравитационная энергия

В какие виды энергии переходила гравитационная энергия

Преобразование гравитационной энергии

Щербаков Александр Олегович

В первой части статьи рассматриваются процессы преобразования гравитационной энергии в другие виды энергии.

Во второй части – предлагаются гипотезы, которые можно сделать, исходя из данных, содержащихся в первой части.

1. Проследить преобразование гравитационной энергии на процессах, проходящих на земной поверхности весьма затруднительно, поэтому будут рассматриваться планеты нашей солнечной системы.

Гравитационное взаимодействие, в общепринятом определении, — фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все тела, имеющие массу.

Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством взаимодействия гравитационных полей (имеющих потенциальный характер)

Далее приводятся примеры преобразования гравитационной энергии.

Обнаруженные межпланетными зондами типа Кассини явления вулканической деятельности на спутниках Юпитера и Сатурна, таких как Ио, Энцелад и Тритон являются результатом приливных воздействий, которые периодически сжимают и растягивают вещество спутников.

Здесь легко прослеживается процесс преобразования гравитационной энергии.

Гравитационная энергия планет сначала превращается в механическую – по изменению формы спутника, а затем, за счет внутреннего трения, в тепловую. Далее тепловая энергия преобразуется в кинетическую энергию движения нагретых вулканических масс. Поднятые над поверхностью разогретые вулканические массы охлаждаются, а это означает, что тепловая (электромагнитная) энергия рассеивается в пространстве.

Таким образом, на этом примере видно, как гравитационная энергия пройдя несколько этапов рассеивается в пространстве. А это значит, что гравитационная энергия планет должна уменьшаться.

Ввиду громадной разности масс этих планет и их спутников, заметного эффекта по снижению их гравитационного поля не обнаруживается.

Более заметные результаты должны проявиться при рассмотрении гравитационного взаимодействия системы Земля – Луна. Для упрощения расчётов будем считать, что Луна вращается вокруг центра Земли (а не вокруг общего центра масс, находящегося в пределах Земли)

Гравитационная энергия Луны преобразуется в механическую энергию морских приливов, которая далее преобразуется в другие различные виды энергии, в том числе и в электрическую на приливных электростанциях. Годовые величины энергии приливов (по разным источникам) составляют 1,5 – 3,0*10^18 дж. А это означает, что на эту величину ежегодно уменьшается гравитационная энергия Луны.

Луна удерживается на орбите при движении вокруг Земли за счет сил гравитации. Оценить затраты энергии можно используя предложенную в [1, стр.28] методику расчёта работы, которую необходимо совершить для поворота тела, движущегося под действием центростремительной силы (в нашем случае – гравитационной силы Земли)

Расчеты показывают, что для удержания Луны на орбите Земли, необходимо затратить 3*10^29 дж энергии за один оборот, а за год соответственно 45*10^29 дж.

Для сравнения приведу величину потенциальной энергии системы Земля – Луна по известной формуле:

где Мз – масса Земли, Мл – масса Луны, r – расстояние до Луны, G – универсальная гравитационная постоянная. Потенциальная энергия составляет 0,8*10^29 дж, т.е. сопоставима с работой, которую необходимо выполнить по удержанию Луны на орбите вокруг Земли за один оборот.

Приведённые примеры убедительно показывают, что величины гравитационных энергий планет и их спутников в процессе их взаимодействия с течением времени должны снижаться.

Возникает вопрос, к чему приводит это уменьшение энергии гравитации?

По известной формуле Эйнштейна:

уменьшение энергии должно приводить к уменьшению массы тела.

Но таких явлений как снижение массы планет и их спутников в природе не наблюдалось (за исключением распада радиоактивных веществ).

2. Остаётся предположить, что гравитационная энергия планет и их спутников пополняется извне, поскольку значимых источников энергии в недрах Земли, а тем более Луны нет.

Единственным генератором в нашей солнечной системе является сама наша звезда. А планеты и все остальные материальные объекты поглощают гравитационную энергию и переизлучают её подобно атомам, переизлучающим электромагнитную энергию.

Из этого можно предположить, что гравитация не является атрибутом материи!

Далее можно предположить как закончится существование нашей солнечной системы.

После того, как наша звезда исчерпает своё топливо и превратится в железный шар, прекратится и генерация гравитационной энергии. Это приведёт к распаду как самого Солнца так и всех объектов солнечной системы. До какого уровня произойдёт распад предположить затруднительно. Возможно – это будут отдельные атомы и молекулы, которые создадут газовое облако, дрейфующее в межзвёздном пространстве, пока это облако не попадёт в область гравитационного воздействия другой звезды и тем самым начнёт насыщаться гравитационной энергией.

Далее может сформироваться другая планетарная система. И всё повторится заново!

Итак, приведённые доводы показывают:

1. Гравитационная энергия в процессе взаимодействия материальных объектов преобразуется в другие виды энергии и, в конечном счёте, рассеивается в мировом пространстве.

2. Поскольку гравитационная энергия материальных тел расходуется, то для обеспечения стабильности систем она должна восполняться, а это означает, что гравитационная энергия не создаётся материей и не является её атрибутом.

3. Предположительно гравитационная энергия генерируется в звёздах.

1. Иванов Е.М. Работа и энергия в классической механике и первый закон термодинамики. / Е.М. Иванов. – Изд. 2-е, перераб. и доп. — Димитровград: ДИТУД УлГТУ, 2006. – 129 с.

Поступила в редакцию 28.10.2016 г.

2006-2019 &copy Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.

§ 63. Состав, строение и происхождение солнечной системы

В состав Солнечной системы входит Солнце, вокруг которого обращаются восемь больших планет. В порядке удаления от Солнца они располагаются в такой последовательности: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (рис. 167). Вокруг всех планет, кроме Меркурия и Венеры, обращаются их естественные спутники.

Рис. 167. Расположение больших планет с их спутниками и планет-карликов в порядке их удаления от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Церера, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида

Ещё пять планет — Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида, массы и размеры которых существенно меньше, чем у больших планет, — составляют группу планет-карликов. Церера расположена между орбитами Марса и Юпитера, орбиты четырёх последних планет-карликов пролегают за орбитой Нептуна.

Кроме планет вокруг Солнца движутся так называемые малые тела Солнечной системы: астероиды, кометы, метеорные тела.

Благодаря тому, что масса Солнца составляет почти 99,9% от всей массы Солнечной системы, силы гравитационного притяжения между Солнцем и перечисленными небесными телами оказываются достаточными для удержания последних в Солнечной системе.

Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 5 млрд лет назад с гравитационного коллапса (т. е. катастрофически быстрого сжатия) небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака. В общих чертах этот процесс можно описать следующим образом. Во вращающемся газопылевом облаке в результате взаимодействия его частиц или под действием каких-либо внешних влияний могло возникнуть уплотнение, ставшее центром гравитационного притяжения частиц окружающего вещества и вызвавшее гравитационный коллапс.

В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались. Из-за вращения облака его сжатие в направлении, параллельном оси вращения, происходило быстрее, чем в направлениях, перпендикулярных оси. Это приводило к уплощению облака и формированию характерного диска (рис. 168). При сжатии облака его плотность увеличивалась, движение частиц вещества становилось всё более интенсивным, особенно в центральной части диска. Как следствие увеличивалась внутренняя энергия и повышалась температура вещества. При температуре в несколько тысяч градусов атомы центральной части облака стали излучать свет, что свидетельствовало о возникновении протозвезды. — звезды в стадии образования.

Рис. 168. Диск газопылевого облака, из которого сформировались планеты

Под действием гравитационного притяжения вещество облака продолжало падать на протозвезду, увеличивая давление и температуру в центре.

Когда температура в центре протозвезды достигла миллионов градусов, в центральной области началась термоядерная реакция превращения водорода в гелий, происходящая с выделением энергии. Протозвезда превратилась в обычную звезду, впоследствии названную Солнцем. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты.

В протопланетном пылевом облаке температура прилегавшей к Солнцу области была более высокой, чем в окраинных его частях, из-за чего лёгкие химические элементы выносились в удалённые, холодные части облака. В результате в составе ближайших к Солнцу планет, названных впоследствии планетами земной группы, преобладают тяжёлые элементы, а четыре дальние — планеты-гиганты — состоят в основном из газов. Различия в составе вещества, образовавшего планеты, принадлежащие к разным группам, явились причиной различий их физических характеристик. Планеты земной группы обладают существенно меньшими размерами и массами, но большей плотностью. Они получают от Солнца больше света и тепла, быстрее движутся по орбитам (вследствие того, что внутренняя часть протопланетного диска вращалась быстрее внешней), гораздо медленнее вращаются вокруг своей оси и поэтому меньше сжаты у полюсов, чем планеты-гиганты. Планеты-гиганты имеют значительно большие размеры атмосферы и магнитосферы 1 , у них нет твёрдой или жидкой поверхности. Число естественных спутников у планет этой группы велико: 164 из 167 известных в Солнечной системе. Кроме того, у планет-гигантов есть образования из мелких частиц — кольца, которые отсутствуют у планет земной группы.

Кольца планет-гигантов образовались из остатков околопланетного облака, представляющих собой частицы разных размеров.

Вопросы

1. Какие группы объектов входят в Солнечную систему?
2. В какие виды энергии переходила гравитационная энергия сжатия протооблака при образовании Солнечной системы?
3. Чем отличаются планеты земной группы от планет-гигантов? Чем эти отличия обусловлены?
4. Почему планеты Солнечной системы не покидают её; не падают на Солнце?

1 Магнитосфера — область околопланетного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения.

В какие виды энергии переходила гравитационная энергия

ГРАВИТАЦИОННАЯ ЭНЕРГИЯ в классической физике — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением . Для двух тел абс. её значение пропорционально произведению масс этих тел и обратно пропорционально расстоянию между ними. За нуль Г. э. принято считать её значение для тел, удалённых друг от друга на бесконечно большое расстояние, т. е. для тел, между к-рыми нет гравитац. взаимодействия. При сближении тел силы тяготения совершают работу за счёт потенц. энергии тяготения, то есть Г. э. Отсюда для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, Г. э. отрицательна. Для изолиров. системы тел Г. э. явл. энергией связи .

Полная (механич.) энергия изолиров. системы тел, равная сумме их кинетич. и потенц. энергий, сохраняется во времени. По Вириала теореме , для стационарной системы тел (находящейся в равновесии) средняя Г. э. по абс. величине вдвое больше их ср. кинетич. энергии. Отсюда полная энергия такой системы отрицательна и равна половине средней Г. э. Системы, у к-рых полная энергия положительна, т. е. кинетич. энергия превышает Г. э., не могут быть стационарными.

В общей теории относительности (ОТО), являющейся релятивистской теорией тяготения, понятие Г. э. усложняется. Тяготение в ОТО отождествляется с геометрич. св-вами (кривизной) пространства-времени. Понятие энергии и закон её сохранения оказываются применимыми к системам, гравитац. поле к-рых убывает достаточно быстро при удалении на большие расстояния. В релятивистской теории тяготения наряду с отрицат. энергией связи системы гравитирующих тел появляется понятие положит. энергии, излучаемой системой в виде гравитац. волн (см. Гравитационное излучение ). Полная механич. энергия системы убывает со временем на величину, к-рую уносят из системы гравитац. волны.

Публикации с ключевыми словами: гравитационная энергия Публикации со словами: гравитационная энергия
См. также:

Ответ на Вопрос №2, Параграф 63 из ГДЗ по Физике 9 класс: Пёрышкин А.В.

ГДЗ (готовое домашние задание из решебника) по Физике 9 класса авторов А. В. Пёрышкин, Е. М. Гутник — Дрофа, 2014-2017г. на Вопрос №2, § 63. Состав, строение и происхождение Солнечной системы.

Издание: Физика. 9 класс. белый учебник / А. В. Пёрышкин, Е. М. Гутник — Дрофа, 2014-2017г.