¿Es posible extraer energía de la gravedad?

Como otros han señalado, la energía puede almacenarse en una masa, trabajando contra la fuerza de la gravedad, y liberarse más tarde. En muchos casos, como la energía del agua, la energía para la parte de almacenamiento, que eleva el agua a una elevación donde tiene energía útil (como en las nubes), proviene del sol.

Sin embargo, me pregunto si la pregunta aquí es: ¿se puede extraer energía del campo gravitacional mismo? La respuesta es que si eso fuera posible, estaría acompañado por un cambio en la energía total en el campo, y eso se reflejaría en un cambio en la intensidad del campo. Nada de lo que podamos hacer extraerá energía del campo de ninguna otra manera. Por supuesto, los cambios locales (si son minúsculos) en el campo ocurren cada vez que alguien levanta una masa (como al levantar las pesas en un reloj de pie) pero la masa total de la tierra permanece constante.

Lo mismo es cierto para los otros campos conservadores clásicos, electrostáticos y magnéticos. El campo magnético es muy útil en la generación de energía eléctrica, pero la energía no proviene del campo en sí, proviene del trabajo mecánico que se debe hacer para convertir la armadura del generador contra la fuerza resultante del campo.

Del mismo modo, en el campo electrostático, que se describe mediante una ecuación similar a la del campo gravitacional, la energía no se puede extraer del campo sin afectar el campo. Imagine una carga en una esfera conductora. El campo asociado con esa carga obedece a la ley del cuadrado inverso y es directamente proporcional a la carga (análoga a la masa en el campo gravitacional). Esa energía se puede extraer, por ejemplo, dejando que la carga fluya a tierra a través de algún tipo de dispositivo, pero en el proceso el campo desaparece junto con la carga.

Una forma que podría considerarse una excepción a lo que dije sobre la extracción de energía del campo gravitatorio es si pudiera convencer a un asteroide u otro objeto muy alejado de la Tierra para que caiga a la superficie (lo que sucede todo el tiempo por sí mismo, pero es no es una cosa fácil de hacer a pedido). En principio, podría obtener algo de trabajo de ese objeto al caer. Pero en realidad no es una excepción porque en el proceso la masa de la tierra aumenta solo un poco, por lo que el campo ha cambiado. Para extraer más energía de esa masa, tendría que poner energía elevándola de nuevo a un potencial más alto.

La cantidad de energía en un campo gravitacional se puede calcular como la energía requerida para ensamblar la masa, así como la energía en un campo eléctrico se puede calcular como la energía requerida para ensamblar la carga. La diferencia es que la gravedad es atractiva, mientras que la fuerza electrostática es repulsiva para cargas de la misma polaridad, por lo que se libera energía en el proceso de ensamblar una masa, mientras que se requiere energía para ensamblar una carga. En consecuencia, desmontar una masa requiere energía, mientras que la energía en un campo eléctrico se liberará espontáneamente si se le da un medio para hacerlo.

Entonces, otros han señalado que en muchos casos extraemos energía de la gravedad, como la energía hidroeléctrica y los relojes de cuco. Más adecuadamente en estos casos, estamos usando la gravedad para almacenar energía y liberarla más tarde, ¡pero eso cuenta totalmente!

Sin embargo, hay otra forma bastante diferente de entender su pregunta, y la respuesta sigue siendo “sí”. La energía se libera cuando un objeto cae en un pozo gravitacional, es decir, cuando algo cae, gana energía cinética. Esto es cierto para los casos anteriores, y también para los objetos que inicialmente están separados y se unen. Los numerosos cráteres en la luna (y los rastros no muy erosionados de estos en la Tierra) muestran el poder de esto en la escala de los planetas.

Pero en ninguna parte es esto más obvio y extremo que en el caso del más extremo de todos los fenómenos gravitacionales, un agujero negro. Un objeto que cae hacia un agujero negro puede liberar energía hasta la mitad de su masa en reposo en energía cinética Piense en eso por un momento … una persona de 50 kg que cae hacia un agujero negro, en el momento en que se acercó al horizonte de eventos, habría liberado 25 kg de energía [matemáticas] = 25 kg (2.998 \ veces 10 ^ 8 m / s) ^ 2 = 2.3 \ times 10 ^ 18 J [/ math] de energía, aproximadamente el consumo total de energía de todo nuestro planeta durante un día. De hecho, no conozco ningún proceso que no sea la aniquilación de la materia y la antimateria que pueda liberar energía de manera más eficiente, e incluso eso requeriría la obtención de la antimateria, no es poca cosa.

Esta enorme liberación de energía es lo que alimenta los objetos más brillantes que conocemos, quásares y a través de agujeros negros o estrellas de neutrones colisionantes o … es responsable de muchos de los otros fenómenos de muy alta energía que vemos.

Una última nota: cuando esa persona de 50 kg se acerca al horizonte del evento, han liberado 25 kg de energía cinética. ¿De dónde vino esa energía? La sorprendente respuesta es que vino de su masa en reposo . ¡Esa persona ahora tiene una masa de 25 kg! Nuestra masa no es lo invariable que pensamos que es … ni siquiera descansa masa. Depende del contexto, de modo que la masa de un protón es diferente en el núcleo de lo que es en sí mismo, y la masa de un objeto es diferente en lo profundo de un pozo gravitacional que cuando está lejos de otras masas. ¡El universo tiene muchas menos cosas que son absolutas de lo que imaginamos!

TL / DR: la gravedad puede liberar cantidades increíblemente grandes de energía de masa de un objeto como energía cinética. ¡En casos extremos, hasta la mitad de la energía de masa de un objeto!

Si bien todas estas respuestas son correctas, la energía que describen proviene del uso de la gravedad para crear energía, no la energía de la gravedad misma.

Entonces sí, podemos usar la gravedad para crear energía, pero no la extraemos de la gravedad misma.

Todos los ejemplos son ejemplos de energía cinética, que es la energía que transporta un objeto debido al movimiento. La gravedad es simplemente una forma de crear movimiento. La aceleración gravitacional no es diferente a cualquier otra aceleración.

Un objeto que acelera a 9.8 m / s / s hacia arriba tiene la misma energía cinética que caería debido a la gravedad en la superficie terrestre.

Sí, pero necesita un medio antes de poder acceder a la gravedad.

Sin embargo, hay un medio disponible en la tierra: el agua de mar. El efecto gravitacional de la Luna en los océanos provoca fuertes mareas en toda la tierra y la energía de las mareas podría proporcionar hasta el 10% de nuestra energía en un futuro próximo, todo gracias a la gravedad.

Poder de las mareas – Wikipedia

Mientras tanto, podemos mantenernos ocupados preguntándonos cómo la gravedad produce este efecto en los océanos, ya que no está claro en su conjunto.

1. Un molino de agua convierte la energía potencial gravitacional del agua líquida en el trabajo mecánico realizado en una muela. Parte del trabajo se convierte en la energía cinética de la rueda y parte del trabajo se convierte en la energía interna de la rueda.

Parte del trabajo realizado para convertir la energía gravitacional en el agua termina convirtiéndose en otros tipos de energía.

2. Un plano inclinado convierte la energía gravitacional del esquiador en la energía cinética del esquiador y la energía interna dentro de la nieve, los esquís y el aire. La gravedad funciona en el esquiador, que a su vez funciona en la nieve, el esquí y el aire.

3. Un sifón convierte la energía potencial gravitacional del agua en una ubicación alta en la energía cinética del agua en una ubicación baja.

Seguro. Una forja de gota utiliza energía potencial gravitacional para dar forma al metal. Por supuesto, tenemos que poner la energía primero, usando algún otro medio para levantar el martillo.

Y esa es la verdadera respuesta a su pregunta: la gravedad es una fuerza ; una fuerza no es lo mismo que la energía. Por lo tanto, la gravedad no es una fuente de energía, pero se puede usar como un medio para almacenar energía.

Si. Las represas hidroeléctricas obtienen la energía eléctrica de la gravedad, a través del agua en caída libre que hace girar las turbinas conectadas a los generadores.

Si. Así es como funcionan los relojes de cuco.

Sí, una presa hidroeléctrica es un ejemplo, Tidal y otros.

Lo hacemos, todo el tiempo, en plantas hidroeléctricas.