Si se levanta un objeto, gana energía potencial debido a la gravedad. ¿A dónde va cuando el objeto se eleva al espacio y no tiene gravedad actuando sobre él? ¿O la energía potencial no está relacionada con la gravedad?

Imagine el campo gravitacional como un paisaje montañoso.

La gravedad que sientes, la gravedad que hace que las cosas caigan, orbitan o se curven en trayectorias parabólicas, así de abrupto es el paisaje. La inclinación es (aproximadamente) dada por la famosa fórmula del cuadrado inverso.

La energía potencial es qué tan alto estás en este paisaje. Obviamente, puede tener lugares “altos” que son bastante “planos”. Este suele ser el caso de la gravedad. Los lugares alejados de la Tierra son “altos” y “planos”.

Los dos están relacionados. Si ha subido muchas colinas empinadas, probablemente será más alto (incluso si no es empinado). Si conoces el cálculo, dirías que tu altura es la distancia integral de la inclinación. En el caso de la gravedad, la energía potencial es la distancia integral de la fuerza.

Una nota al margen de su pregunta: a los pedantes no nos gusta cuando las personas afirman que “no hay gravedad en el espacio”. Quizás quiera decir que la gravedad tiende a cero en el límite a medida que se aleja infinitamente de los objetos masivos (lo cual es correcto). O quizás quieras decir que no hay gravedad en la órbita de la Tierra porque puedes ver a los astronautas flotando (lo cual está mal). Si es lo último, lea más sobre la ingravidez.

Creo que debes estar pensando en los objetos flotantes en la Estación Espacial Internacional, ¿verdad?
Bueno, a pesar de que están “flotando”, en realidad están cayendo hacia la Tierra cada segundo. También lo hace la Estación Espacial misma. Y la luna.
Estos objetos están experimentando una fuerza gravitacional, lo que significa que tienen una energía potencial gravitacional asociada a ellos. No caen porque tienen v elocidad . Aunque están acelerando en la dirección del centro de la Tierra, tienen una velocidad tangencial que les impide caer realmente.

Potencialmente, el objeto podría volver a caer a la Tierra. Y cuando lo haga, liberaré toda esa energía. Por eso se llama energía potencial.

Está completamente relacionado con la gravedad y la mides midiendo la masa y la distancia desde la Tierra.

Un objeto siempre tiene gravedad actuando sobre él. Su teléfono inteligente está siendo arrastrado hacia Júpiter debido a su atracción gravitacional. Afortunadamente, hay otras fuerzas que son más fuertes desde donde estás.

El error aquí es pensar que “no tiene gravedad actuando sobre él”. La gravedad actúa sobre todo, todo el tiempo. Cuanto más se aleje de una masa, menor será su efecto gravitacional sobre usted, pero nunca desaparece por completo y mayor es su energía potencial gravitacional en relación con ella.

Digamos que hay un planeta del tamaño de la Tierra en algún lugar al otro lado de la galaxia. Nunca se dará cuenta de su efecto gravitacional, por supuesto, tanto porque está muy lejos y porque hay muchos otros objetos de tamaño similar y mucho más grandes en el medio. Pero si usted y ese planeta fueran los únicos dos objetos en el vecindario (y no estuvieran rotando uno alrededor del otro), comenzarían a desplazarse muy lentamente hacia él. Y para cuando lo alcances, no estarás moviéndote lentamente; La energía potencial gravitacional se habría convertido en cinética. ¡En este ejemplo, la colisión sería muy cinética!

Nadie dio una razón por la cual, aparentemente, esto viola la conservación de la energía.

En realidad es bastante simple. Para alcanzar esas alturas y eventualmente orbitar, el objeto debe estar en movimiento, más específicamente, debe estar acelerando.

La energía potencial perdida de un campo gravitacional decreciente se convierte en energía cinética debido a este movimiento.

Esa energía permanece incluso cuando está en el espacio. Cuando el mismo objeto regresa, su energía potencial (digamos a la Tierra desde donde fue levantada al espacio) se convierte en energía cinética y, en su mayoría, ese objeto se mueve a velocidades superiores a 25000 kmph mientras ingresa a la Tierra.

La energía no se pierde sino que se almacena. Mientras tanto, en el espacio se puede decir que es la energía de separarla de la tierra.

Sriram

Todavía está allí, esperando a que regrese a un pozo de gravedad.

Cuando un objeto es llevado al espacio, a su regreso, la energía debe usarse para frenar su descenso o el objeto será vaporizado por la cantidad de energía potencial que tiene.

Todavía tiene la energía potencial, aunque la ecuación cambiaría ya que la gravedad se debilitará más lejos.

xkcd: pozos de gravedad

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