Относительная потенциальная энергия против абсолютной потенциальной энергии

Я видел во многих учебниках и источниках, что мы не можем экспериментально измерить потенциальную энергию, но мы можем измерить разницу в потенциальной энергии.

Δ U г "=" − Вт г

Выбор нулевого потенциала (точки отсчета) на земле.

Теперь, если я измерю изменение потенциальной энергии гравитации от нуля до точки, в которой объект, брошенный вверх, достигает нулевой скорости, то U г в этот момент будет просто отрицательной оценки проделанной работы.

Если потенциальную энергию в этой точке можно рассчитать, то почему говорят, что нельзя рассчитать абсолютную потенциальную энергию в этой точке?

Энергия есть торсор .

Ответы (3)

Проще говоря, потенциальная энергия — это энергия, которой объект обладает из-за своего положения. Позиция или местонахождение всегда относительны. Поэтому не существует такой вещи, как точное или абсолютное положение в пространстве и, следовательно, не существует точной потенциальной энергии.

Потенциальная энергия должна измеряться относительно чего-либо. Предположим, что мяч массой 1 кг подвешен на высоте 1 метр над поверхностью земли. Относительно поверхности земли он имеет потенциальную энергию 9,81 Дж. Но предположим, что мы поставили под шар стол высотой 0,5 м. Относительно поверхности стола он имеет потенциальную энергию 4,9 Дж.

Мы не двигали мяч, так какова реальная потенциальная энергия?

Как я сказал в своем вопросе, можно измерить разницу в потенциальной энергии . Что на самом деле означает эта «разница в потенциальной энергии» ? Потому что даже если в вашем конкретном случае (или в любом другом случае) я выберу эталонную конфигурацию, скажем, 2 метра над поверхностью земли, даже тогда разница в гравитационном потенциале между поверхностью земли и шаром будет такой же, как и дело в вашем ответе. Означает ли это, что для любых двух фиксированных точек разница в GPE одинакова и, следовательно, измерима (независимо от эталонной конфигурации)?
@KaranMehta Да, для любых двух фиксированных точек в гравитационном поле разница в GPE одинакова и, следовательно, поддается измерению, при условии, что ускорение под действием силы тяжести, г , одинакова между неподвижными точками.

Это потому, что «нулевая точка», которую вы упомянули, произвольна и не обязательно должна быть равна нулю. Я мог бы просто сказать, что г п Е ( у "=" 0 ) "=" 10 Дж или любое другое произвольное число. В таком случае, даже думал, что смогу найти г п Е какой бы высоты ни достиг мяч, я не мог однозначно определить это, так как это зависело бы от того, как я определил г п Е ( у "=" 0 ) .

Надеюсь, это поможет!

разве GPE в нулевой точке не всегда равен нулю?
@Каран Нет, это не так. Удобно устанавливать GPE=0 на уровне земли при работе с системами, расположенными близко к земле, где изменение гравитационного ускорения незначительно. Но при работе в большем масштабе, например при расчете орбит, обычно принято устанавливать GPE=0 на бесконечном расстоянии от центра масс.

Мы можем измерить потенциальную энергию. Например, мы знаем, что электростатическая потенциальная энергия между протоном и электроном в атоме водорода отрицательна и равна -27,2 эВ. Эта отрицательная энергия делает массу атома водорода меньше суммы масс протона и электрона.

В специальной теории относительности мы знаем, что масса, энергия и импульс системы связаны соотношением м 2 "=" Е 2 − п 2 (в единицах, где с "=" 1 ), а энергия Е в это уравнение входят все виды энергии, в том числе и потенциальная энергия. Так что, в отличие от ньютоновской физики, неверно, что имеют значение только разности потенциалов.

Электростатическая потенциальная энергия между двумя точечными зарядами равна д 1 д 2 / р (в гауссовских единицах), а не это плюс произвольная константа. Когда два заряда бесконечно далеко друг от друга, потенциальная энергия отсутствует .

Точно так же гравитационная потенциальная энергия между двумя точечными массами равна − г м 1 м 2 / р , а не это плюс произвольная константа. Когда две массы бесконечно далеко друг от друга, потенциальной энергии нет .

Мы знаем, что это верно в случае гравитации, потому что в постньютоновском приближении общей теории относительности отрицательная гравитационная потенциальная энергия влияет на силу гравитации. Это было проверено в динамике Солнечной системы.

Только в ньютоновской механике, ошибочность которой мы знаем уже более века, верно, что имеют значение только различия в потенциальной энергии. Теперь мы знаем лучше.

Этот ответ неверный! (извини). Электростатическая потенциальная энергия между двумя точечными зарядами: д 1 д 2 / р , определяется относительно пространства в бесконечности . Доказательство этой формулы проводится путем оценки работы, совершаемой электростатической силой для переноса зарядов на расстояние р от бесконечности . Ничто не навязывает потенциальной энергии 0 на бесконечности, это просто произвольный выбор. То же самое и с гравитационной потенциальной энергией. Энергия — очень тонкое понятие в теории относительности, особенно в общей теории относительности.
@Cham Тогда покажи, как ты вычисляешь массу атома водорода.
@Cham Если гравитационная потенциальная энергия не определена четко в формализме PPN, объясните, почему β 2 Параметр, который измеряет, сколько силы тяжести создается единицей гравитационной потенциальной энергии, равен 1 в ОТО.
@Cham Объясните, как инвариантная масса м "=" Е 2 − п 2 может быть инвариантным, если часть Е — потенциальная энергия — произвольна с точностью до константы.
Сначала вам нужно определить энергию вакуума. Все остальные энергии определяются относительно этого вакуума. Формализм PPN определяется относительно (пустого) пространства-времени Минковского. Ваше искривленное пространство-время должно быть асимптотически плоским на бесконечности, чтобы вычислить энергию PPN. Вам нужны граничные условия. Во всех случаях вам нужны некоторые предположения для расчета энергии системы. Энергия всегда связана с чем-то. В м "=" Е 2 − п 2 , вам нужна рамка для определения Е и п . м определяется в кадре покоя , а затем повышается до инварианта (определяется в кадре покоя).
Также обратите внимание, что в соотношении нет потенциальной энергии м "=" Е 2 − п 2 . Е - энергия покоя плюс кинетическая энергия (определенная в данной системе отсчета). Если вы хотите сложить потенциальную энергию , это примерно так:
м 2 "=" ( п а − д А а ) ( п а − а А а ) ,
где п а - канонический импульс , который является относительным, а А а зависит от калибра (также «относительная» величина). Разница п а − а А а не зависит от калибра, но все же зависит от рамы.
@Cham Вы не объяснили, почему масса покоя атома водорода 1.6737236 × 10 − 27 кг, включая отрицательную потенциальную энергию. И, конечно же, энергия зависит от фрейма. Это временная составляющая 4-вектора Лоренца.
@Cham SE говорит, что это обсуждение слишком длинное, поэтому я остановлюсь.
Масса вашего атома - это энергия покоя/ с 2 , который по-прежнему определяется относительно вакуума и бесконечности (граничные условия).
Эта тема интересна и вызывает у меня вопрос, который я могу задать на форуме: какие «вещи» нам нужны в физике для определения любого вида энергии , включая «массу». Нам нужна система отсчета. Нам нужно определить вакуум, и, насколько я понимаю, нам также нужны граничные условия (которые могут быть произвольными). Что еще? Я считаю, что есть гораздо более тонкие вещи, которые входят в концепцию энергии, и мы склонны забывать или принимать как должное многие из них. Это может объяснить большую путаницу в физическом сообществе.
@Cham Я задал этот вопрос: physics.stackexchange.com/questions/444550/…
Относительная потенциальная энергия против абсолютной потенциальной энергии
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v