無限的引力能否作為永不枯竭的能量來源?

2021-01-15 火星科普
引力

我們在地球上,時刻被地球引力束縛著,那麼,可以把引力作為永不枯竭的能量來源嗎?

引力不能被用作無限的能量源。事實上,嚴格地說,引力本身不能作為一種能量來源。力和能量不能混淆,它們是完全不同的東西。能量是物體的屬性,力描述物體之間的相互作用。力是物體相互作用時能量從一個物體轉移到另一個物體的方式,但是力不是能量本身。引力是一種力,所以它只提供了讓物體交換和轉換能量到不同狀態的一種方式。

如果把一個鐵球拿到山頂之後釋放,鐵球就會掉下來,並加速運動,似乎獲得了能量。這不就是引力給鐵球提供能量的例子嗎?不。引力只是一種力,所以它只是描述了物體是如何相互作用的。當把保齡球舉起到山頂,球的下落運動表現出的能量來自於人的肌肉,而不是引力。引力只是提供了一種暫時將能量儲存在物體上的方法。

水的勢能

當人對抗一個力舉起物體時,物體所獲得的能量叫做勢能。這個能量來自於舉起物體的人,而不是來自於引力。引力只是提供了把能量從一個物體(人的肌肉)轉移到另一個物體(被舉起的鐵球的勢能)的一種方法。當人放開鐵球時,引力把鐵球的勢能轉換成它的動能。但是這個鐵球得到的動能永遠不會比人舉起它時給的總勢能多。

這個概念適用於所有力,而不僅僅是引力。如果有人把兩塊吸引在一起的磁鐵分開,相對放在一起,兩塊磁鐵將會互相吸引,一起飛行並且加速。看起來磁鐵獲得了能量,有些人可能認為這些能量來自於磁力。事實上,這些能量來自於手對抗磁力將兩個磁體分開的過程。磁力只是提供了在磁鐵中儲存勢能的一種方法,然後從勢能轉換成動能。不管什麼時候,當人對抗一個力把一個物體推到新位置時,就在給它勢能。

確實,從引力永遠不會關閉的意義上來看,它是「無限的」。只要地球有質量,引力就永遠不會消失。但由於這只是一種力,而不是能量,因此,引力「永無休止」的性質不能被用來提取無限的能量,任何能量都不行。

永動機

混淆能量和力量會產生諸如自由能機器或者永動機之類的荒謬想法。像這樣的機器無疑不會實現,因為力不是能量,不能從一個力中提取出一點能量。

那麼,那些從河流中吸取能量的水力發電站呢?難道他們沒有從引力中獲得能量嗎?沒有。水的能量不是來自引力,而是來自於一些外動力或者說外營力,這些外動力把水放在山上,與引力相對,所以它可以從河床上落下來。在這種情況下,外動力是陽光。陽光使水體變暖,導致水蒸發,漂浮在天空中。陽光中的光子所包含的能量轉化為在高空漂浮的水分子的勢能。這些水分子之後降到地面,形成河流,然後又流回海洋。再次過程中,水的勢能轉化為動能、熱能和以及水電站中的電能。因此,水力發電廠最終從水中提取太陽能。

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