7.13: Arbeit von der Schwerkraft geleistet

Gravitation ist eine der vier grundlegenden Kräfte in der Natur. Die Wechselwirkung zwischen Objekten auf der Erde und der Erde selbst wird als Schwerkraft bezeichnet.

Wie andere Kräfte, verrichtet die Schwerkraft Arbeit an einem Objekt, wenn es in Richtung des Erdmittelpunkts verschoben wird. In diesem Fall wird die von der Schwerkraft geleistete Arbeit als positiv bezeichnet. Wenn eine externe Kraft auf das Objekt wirkt und es gegen die Anziehungskraft der Schwerkraft anhebt und vom Erdmittelpunkt entfernt, wird Arbeit gegen die Schwerkraft verrichtet. In diesem Fall wird die Nettoarbeit als negativ bezeichnet. Wenn ein Objekt entlang der Erde bewegt wird und keine Verschiebung in Richtung oder weg vom Erdmittelpunkt hat, wird keine Arbeit von oder gegen die Schwerkraft verrichtet.

Natürlich ist kein Objekt auf der Erde ein einzelnes Teilchen. Das Schwerpunktsystem, das bei der Untersuchung von zusammengesetzten Objekten entwickelt wurde, umgeht dieses Problem. Ein einzelnes Teilchen mit einer Masse, die der Gesamtmasse des Objekts entspricht, kann angenam Schwerpunkt des Objekts befinden, bevor die Wirkung von externen Kräften, einschließlich der Schwerkraft, berücksichtigt wird.

Wenn ein Objekt nach oben geschleudert wird, wirkt die Gravitationskraft gegen seine Verschiebung

Die Arbeit, die von der Gravitationskraft geleistet wird, ist also das Punktprodukt der Gravitationskraft und der Verschiebungsvektoren.

Da diese Vektoren in entgegengesetzte Richtungen zeigen, ist die geleistete Arbeit negativ.

Die Gravitationskraft wirkt auf das Objekt, indem sie die kinetische Energie des Objekts in potentielle Energie umwandelt.

Nach Erreichen der maximalen Höhe fällt das Objekt zurück. Die Gravitationskraft wirkt in Richtung der Verschiebung, und die geleistete Arbeit ist positiv.

Angenommen, ein Objekt wird angehoben, dann wirken sowohl die ausgeübte Kraft als auch die Gravitationskraft auf das Objekt.

Die an dem Objekt geleistete Netzarbeit ist durch den Arbeits-Energie-Satz gegeben.

Wenn das Objekt vor und nach einem Aufzug stationär ist, ist die Nettoänderung der kinetischen Energie Null.

Die Arbeit, die durch die ausgeübte Kraft geleistet wird, ist also negativ gegenüber der Arbeit, die durch die Gravitationskraft geleistet wird.