¿Más masa significa menos PE gravitacional?

En cierto sentido, el signo negativo proviene de lo que parece una elección arbitraria para la separación de dos objetos para los cuales la energía potencial se toma como cero. Esa elección es para una separación infinita. Como dos objetos originalmente en una separación infinita (o en casos prácticos simplemente muy grandes), gravitan uno hacia el otro, su energía potencial gravitacional se vuelve cada vez más negativa. Dado que la energía se conserva, sus energías cinéticas deben al mismo tiempo volverse cada vez más positivas en ausencia de interacciones con otros objetos.

Con más producto en masa en un conjunto, la energía gravitacional se vuelve más negativa mientras que las energías cinéticas se vuelven más positivas. IOW, el par con un mayor producto en masa puede dar como resultado una mayor energía cinética, como sugiere la intuición.

Si bien esta elección de separación para energía potencial cero parece arbitraria, se justifica por las formas en que simplifica los cálculos matemáticos y por algunas otras ventajas físicas.

Otra forma de pensar las energías en estos sistemas es que el par con mayor energía gravitacional negativa en la separación r (entre centros), tomaría una mayor entrada de energía para separarse a grandes distancias. Esto nuevamente se ajusta a la intuición.

Lo que importa con las energías potenciales son los cambios y no los valores numéricos en una separación. Una cosa que a menudo es necesaria para comprender la física, especialmente con la energía, es cambiar el pensamiento de centrarse en la cantidad de algo en un punto o en un momento a pensar en los cambios en la cantidad.

Si una distribución de masa se colapsa a un volumen pequeño, entonces su energía potencial gravitacional se reduce. Pero la energía total se conserva (al menos en la física newtoniana), por lo que la disminución de la GPE debe equilibrarse con un aumento en algún otro tipo de energía (generalmente cinética o térmica).

Por lo tanto, cuando la masa se concentra, la energía potencial gravitacional se convierte efectivamente en otros tipos de energía. Cuanto más se concentra la masa, más GPE se convierte en energía cinética o calor. Por eso, cuando enormes masas de hidrógeno interestelar colapsan para formar estrellas, se calientan lo suficiente como para iniciar una fusión nuclear.

El GPE sería más negativo, sí. Eso significa que, en relación con una condición de referencia inicial con las masas infinitamente separadas, liberaron más energía a medida que agrupaban cuanto más pesadas eran. Eso los deja con un gran GPE negativo y algo más con una gran energía positiva.