¿Cómo generan energía las fuerzas estáticas como la atracción eléctrica, la atracción nuclear, la gravedad? ¿Obedecen la primera ley de la termodinámica?

Estrictamente hablando, la energía de masa se conserva, pero este tipo de situación generalmente no implicará ninguna conversión entre masa y energía. Cuando dos partículas están a una distancia y hay una fuerza atractiva entre ellas, el sistema tiene lo que se conoce como “energía potencial” o PE. cuando se mueven uno hacia el otro, el PE se convierte en energía cinética (KE). Si chocan, esa KE será la fuente de energía para cualquier producto o efecto de colisión.

Considere una pelota en la parte superior izquierda de una pista semicircular (como parte de una montaña rusa). Se vuelve a lanzar con movimiento cero, en relación con la pista. Se mueve por la pista bajo la influencia de la gravedad, acelerando y, por lo tanto, ganando KE, pero perdiendo PE gravitacional. En la parte inferior habrá alcanzado cierta velocidad, dependiendo de qué tan alta sea la pista. Luego vuelve al otro lado, perdiendo KE pero ganando PE. Si no hubiera fricción ni resistencia al aire, subiría exactamente a la misma altura que donde había comenzado y se repetiría sin cesar. En el mundo real no será tan alto, debido a las pérdidas de energía por fricción. Eventualmente, se quedará quieto en la parte inferior de la pista, y toda la energía se habrá transformado en un movimiento turbulento del aire y el calor de la fricción en la pista y la bola misma.

O considere un péndulo, como en un reloj antiguo. Eso es casi exactamente lo mismo. Cuando el péndulo está en su ángulo máximo, tiene cero KE (está quieto) y PE máximo. En la parte inferior del columpio, tiene KE máximo y PE mínimo. La diferencia es que se agrega energía de la fuerza impulsora del reloj para compensar las pérdidas por fricción, por lo que el péndulo no se ralentiza y se detiene mientras el reloj está funcionando.

Espero que eso aclare un poco las cosas.

Tome la gravedad: debe trabajar para separar dos masas. Eso implica gastar energía … ¿a dónde se fue la energía?

Por definición, se considera “almacenado en el campo gravitacional” … y podemos demostrar esto liberando las masas. Libres de moverse, regresan entre sí liberando exactamente la cantidad de energía que fue “almacenada”.

Los objetos a menudo parecen comenzar separados … pero todo eso significa que no viste el evento que los separó. La energía en la separación vino de algún lugar (en última instancia: vea “cosmología”) que no vio … y esa es la energía que se libera cuando los objetos se mueven juntos (inicialmente aparece como una energía cinética a granel y luego como calor y sonido y etc. en tu ejemplo).

Energía = Fuerza * distancia, o más bien E = ∫F (x) .dx desde los límites de x = (casi) infinito hasta x = r (el radio del objeto con el que finalmente choca), ya que la Fuerza, F, no es constante, pero es una función de x (F = G.m1.m2 / x ^ 2, en el caso de la gravedad).

Entonces, para simplificar, imaginemos que tiene un objeto pequeño atraído (por gravedad, magnetismo, atracción electrostática) a uno más grande. Gradualmente se volverá cada vez más rápido, hasta la colisión. El aumento de velocidad se puede calcular a partir de la integral anterior, recordando que su energía cinética es ½.m.v².

En el momento de la colisión, toda esa energía cinética va a cero, ya que v va a cero. Según la primera ley de la termodinámica, debe convertirse a alguna otra forma de energía. Aquí es de donde provienen las radiaciones de sonido y calor.

Es una energía potencial PE, donde la fuerza F = – gradiente U (PE)

Por lo tanto, la gravedad U = -integral G m M / r ^ 2 dr = G Mm / r

Donde, m, M masas en interacción, G es constante de Newton yr es la distancia entre sus centros de masa.

Se puede hacer lo mismo para la energía potencial eléctrica que U = K q Q / r y U (r) para la fuerza nuclear. De hecho, estos son campos donde cada campo tiene su propia energía potencial física, la fuerza está relacionada con ella.

Google QED específicamente diagramas feynman

y si lo hacen

nadie o más exactamente, no hay dos personas que estén en desacuerdo a priori que nunca discutan y acepten una definición de partículas virtuales a menos que ambos cambien de opinión

en otras palabras, todo en física es una onda y una partícula

personalmente me suscribo a la teoría de la onda piloto

No hay ninguna fuerza ESTÁTICA involucrada en una colisión.
Si tienes un huevo en el estante, entonces la gravedad es una fuerza estática; el huevo no está dañado, no emite ningún sonido y no produce calor.
Ahora deje caer el huevo desde una altura de, digamos 1 m por encima del estante. El huevo que llega al estante tiene energía cinética. En contacto con el estante, el huevo se desacelera fuertemente y emergen fuerzas (Primera Ley de Newton) que se deforman, rompen, salpican las piezas de huevo y calientan el huevo. Entonces se obedece la primera ley termodinámica.

Su pregunta era CÓMO la energía potencial (fuerza de atracción de carga, gravedad o magnética) genera la energía cinética de un objeto.

Según MC Physics en MC Physics Home, se debe a una Ley de Coulomb modificada (F = C1 * C2 / R ^ z) para calcular la misma fuerza en cada objeto.

Luego, una Ley de Newton modificada (F = (C1 + C2) * a para ver cómo los objetos se acelerarán (es decir, reaccionarán) a esa fuerza si se elimina otra fuerza que mantiene cualquiera de los objetos o ambos objetos en el lugar. Eso es lo que sucede cuando se convierte energía potencial en energía cinética.