Zwaartekracht

Superbedankt! Ik begrijp het nu veel beter!

Emily

Raar zeg, die potentiële energie : )

Zit er, volgens Einsteins E=mc², dan eigenlijk niet in alle massa potentiële energie? (aangenomen dat er nog andere manieren zijn om massa in energie om te zetten dan kernfusie en kernsplijting)

En over de potentiële energie in een uitgerekt elastiekje: is er, als je het terug laat springen in zijn oorspronkelijke vorm, ook sprake van een soort valversnelling?

Je zou dat kunnen vergelijken door twee pennen met een elastiekje aan elkaar te haken, en dan de pennen van elkaar weg te trekken. Je stopt dan energie in het systeem met de twee pennen en het elastiekje. Chemische energie wordt in je spieren omgezet in veerenergie van het elastiekje (de pennen van elkaar verwijderdhoudenkost weer geen energie!!). Laat de pennen los, de veerenergie wordt omgezet in bewegingsenergie van de pennen, en de oorspronkelijke situatie is hersteld.

Om wat hierboven staat een algemene naam te geven: we noemen zoiets een geval van \"potentiële energie\". 

De pen op tafel KAN naar beneden vallen. Een andere uitdrukking voor \"kunnen\" is \"de potentie hebben om\". Omdat de pen een einde van de vloer is kan hij vallen en KAN er dus energie vrijkomen uit het systeem aarde-pen. De pen heeft dus potentiële energie in het zwaartekrachtveld van de aarde. De energie in een gespannen veer is eigenlijk ook een vorm van potentiële energie. Als jij de pees van een kruisboog naar achter trekt kost dat energie. Die verdwijnt in wat we meestal gewoon veerenergie noemen. Die energie KAN vrijkomen in de vorm van een vliegende pijl. Maar zolang jij de trekker niet overhaalt blijft die energie als potentiële energie in die kruisboog: de pees gespannen HOUDEN kost geen energie: Je kunt de gespannen boog wegleggen en pas over een jaar afvuren (niet doen, gespannen kruisbogen zijn levensgevaarlijk, juist door die potentiële energie) .

Ook de zg chemische energie in moleculen is eigenlijk een vorm van potentiële energie: je boterham zit er vol mee, en zodra je die opeet gaat er een proces in gang (chemische reactie van zetmeel en zuurstof naar koolstofdioxide en water) waardoor die energie kan vrijkomen. 

Wel fijn, die potentiële energie: Je kunt zo energie bewaren totdat je het nodig hebt, een soort energiespaarpot dus. 

Groet, Jan

Emily van Schothorst, 31 jul 2014

 Je zou dus kunnen zeggen dat ik een tegengestelde kracht op de pen moet uitoefenen, zodat hij niet op de grond valt. Die tegengestelde kracht kost mij energie. 

 

 

dag Emily,

Je moet inderdaad een kracht omhoog uitoefenen om die pen te houden waar hij is. Maar hoe moe je arm ook wordt na een tijdje, natuurkundig gezien kost dat géén energie. Het biologische proces van een spier gespannen houden kost helaas energie. Voor mij gaat dat helaas te diep de celbiologie in om uit te kunnen leggen waarom. 

Maar je vraag is natuurkundig van aard, dan praten we over (dode) materie: steen, hout, staal, dat soort dingen. Als jij een tafel op de vloer zet kost het de vloer geen energie om die tafel daar te laten staan. De molecuulstructuur onder de poten worden een minimaal beetje ingedeukt -dan praten we over nanometers- maar dat veert ook weer uit als de tafel verdwijnt. Zet je een pan op tafel, dan kost dat de tafel geen energie, en ook de vloer niet. Laat dat daat tien jaar staan, de tafel koelt daardoor niet af, en je hoeft ook geen snoertje met stekker aan de tafel te hangen om ervoor te zorgen dat die pan daar over 10 jaar nog staat.

Als de pen uit je hand naar de aarde valt: ja, hierbij komt energie kijken. De pen komt in beweging, de aarde trouwens ook, ze vallen naar elkaar toe. Nou is de aarde iets als 600 000 000 000 000 000 000 000 000 (600 quadriljoen) keer zo zwaar als die pen van 10 gram of zo, dus wordt de versnelling van de aarde tijdens de val van die pen ook maar 600 quadriljoen keer zo klein als die van de pen. Dat is niet te zien, dus zie je de aarde niet naar de pen toe vallen.

Maar goed, waar komt die energie vandaan?  Je zou dat kunnen vergelijken door twee pennen met een elastiekje aan elkaar te haken, en dan de pennen van elkaar weg te trekken. Je stopt dan energie in het systeem met de twee pennen en het elastiekje. Chemische energie wordt in je spieren omgezet in veerenergie van het elastiekje (de pennen van elkaar verwijderd houden kost weer geen energie!!). 

Laat de pennen los, de veerenergie wordt omgezet in bewegingsenergie van de pennen, en de oorspronkelijke situatie is hersteld. Zoiets ook met het pen-aarde systeem; waarschijnlijk heb jij energie in het systeem aarde-pen gestopt door de pen eerst op te tillen. 

Hoe het kan dat materie (dwz massa's) elkaar aantrekken is een van de nog onopgeloste vragen van de natuurkunde. We weten dat er zwaartekracht is, maar wat daarvan precies de oorzaak is, geen idee. Als we daar ooit achter komen zitten we waarschijnlijk weer met de vraag van hoe het kan dat dát die zwaartekracht veroorzaakt. We weten bijvoorbeeld ook niet eens wat energie eigenlijk precies is, laat staan waar het vandaan komt. 

Da's ook het mooie van natuurkunde: tot nu toe heeft elk antwoord dat we ooit op een probleem vonden weer minstens één nieuwe vraag opgeworpen. Wonderlijke wereld, en die blijft verwonderen.... 

Enfin, een beetje antwoord, en ook dingen die ik helaas open moet laten. Ik zou zeggen, kom helpen zoeken.... :)

Ik hoop dat je er wat aan hebt zo?

Groet, Jan 

• Zit er, volgens Einsteins E=mc², dan eigenlijk niet in alle massa potentiële energie? 

Ja, en als je even nadenkt wil dat ook zeggen dat (andersom) potentiële energie ook als massa meetbaar moet zijn. Neem bijvoorbeeld een kistje, en leg er een veer in. Meet de massa. Span dan de veer in het kistje en meet weer de massa: deze is toegenomen. Doe die meting overigens niet op een keukenweegschaaltje :), er is héél veel energie nodig voor een grammetje massatoename. met E=mc² kun je berekenen hóeveel!

• (aangenomen dat er nog andere manieren zijn om massa in energie om te zetten dan kernfusie en kernsplijting)

Talloze andere manieren. Als je de consequenties van E= mc² tot je laat doordringen, vindt dat dus eigenlijk plaats bij (ik denk) alle energie-omzettingen. Een hete steen die je laat afkoelen wordt lichter, als er een appel naar de aarde valt is het systeem appel-aarde ietsje lichter geworden, en uit de scheikunde ken je misschien wel de wet van massabehoud (Lavoisier) die zegt dat in een chemische reactie de massa van de reactieproducten even groot is als de massa van de oorspronkelijk reagerende stoffen? Nou, die klopt dus eigenlijk ook niet: Als we aardgas verbranden volgens CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O is de massa van de koolstofdioxide en het water samen ietsje minder als die van de methaan en de zuurstof. Het verschil zit hem in de bindingsenergie van de moleculen: die is afgenomen, en vrijgekomen in de vorm van warmte. Nou is dat energieverschil tussen de ene chemische binding en de andere overigens veel kleiner dan in bindingen IN de atoomkernen: daarom kan een kerncentrale met een paar kg uranium produceren waar een kolencentrale een paar duizend TON steenkool voor nodig heeft. 

• En over de potentiële energie in een uitgerekt elastiekje: is er, als je het terug laat springen in zijn oorspronkelijke vorm, ook sprake van een soort valversnelling?

Valversnelling zou ik het niet noemen, bewaar dat alsjeblieft voor zwaartekrachtgevallen voordat iedereen op zijn achterhoofd gaat krabben. Het is niet door zwaartekracht tussen de atomen van het rubber dat zo'n elastiekje \"terug in vorm wil\". Maar elke kracht kan een versnelling veroorzaken, dus ook de veerkracht van het elastiek. Veerkracht en zwaartekracht werken ook fundamenteel anders, dat kun je bijvoorbeeld al zien als je nadenkt over de grootte van die krachten in relatie tot de afstand (die je bij zwaartekracht \"hoogte\" kan noemen, en bij veerkracht \"uitrekking\"), Zwaartekracht wordt groter bij kleinere hoogte, veerkracht juist kleiner bij kleinere uitrekking.

Dus als je een voorwerp optilt en er potentiële energie in stopt, neemt de massa ook toe (met heel weinig natuurlijk).

Wegen protonen, neutronen en elektronen daarom als ze in een atoom zitten minder dan als ze alleen zijn?

Kan materie in energie worden omgezet, of heeft energie gewoon massa?

• Dus als je een voorwerp optilt en er potentiële energie in stopt, neemt de massa ook toe (met heel weinig natuurlijk).

Niet precies: die potentiële energie zit niet in dat potlood, maar in het \"systeem\" aarde + potlood. De massa van dat potlood neemt niet toe, van de aarde ook niet, maar een waarnemer buiten de aarde ziet wel de massa van aarde en potlood samen toenemen.

• Wegen protonen, neutronen en elektronen daarom als ze in een atoom zitten minder dan als ze alleen zijn?

Nee, da's te simpel gesteld. Neem je bijvoorbeeld een proton, (H⁺-ion eigenlijk dus) dat is positief geladen en in zijn eentje helemaal niet zo happy. Een elektron dat in de buurt is zal dus worden aangetrokken, en daarmee neemt de potentiële energie en dus ook de massa van het systeem proton-elektron af.

Een proton en een elektron samen wegen dus minder dan elk apart, maar dat is niet omdat dat proton en/of dat elektron minder gaan wegen, maar omdat het energieniveau van dat H-atoom lager ligt dan de optelsom van de energieniveaus van proton en elektron apart.

Maar twee protonen samenbrengen kost een berg energie, en door de sterke afstotende kracht schiet dat ook weer makkelijk uit elkaar. Twee protonen samen hebben dus veel potentiële energie, en dus zou een kern met alleen twee protonen zwaarder zijn dan twee losse protonen.

• Kan materie in energie worden omgezet, of heeft energie gewoon massa?

Afgezien van het feit dat we eigenlijk niet eens goed weten wat materie nou eigenlijk materie maakt, wat het eigenlijk is, en wat energie eigenlijk is:  ja en ja. Wat wij materie en wat wij energie noemen is in ieder geval uitwisselbaar. Een voorbeeld zijn een elektron en een positron (allebei wat ons betreft deeltjes met een rustmassa) die bij elkaar komend \"annihileren\" : POEF, weg materie, wat er overblijft zijn twee gammagolven, energiepakketjes dus, massaloze fotonen. Maar ja, golven en deeltjes zijn ook niet altijd even duidelijk gescheiden, en dat noemen we dan de golf-deeltjesdualiteit. Tja, .......................................

\"is it a bird ???.....is it a plane??.....No!!...it's SUPERMAN!!!\"

Het zou er dus best op kunnen uitdraaien dat er geen energie bestaat, geen materie, maar dat alles gewoon iets \"anders\" is waarvan we nog helemaal geen besef hebben. En ga daar alsjeblieft niet over dóórvragen :) , want daar zijn eenvoudigweg geen antwoorden meer beschikbaar. 

Groet, Jan

(Sorry voor de late reactie)

Enorm bedankt voor de duidelijke antwoorden! Ik vind dat u echt heel goed uit kunt leggen : )