Beschleunigung im All?
Ich habe mich gefragt, ob man im Weltall schneller werden kann als die Partikel die aus deiner Düse kommen.
Wenn die Austrittsgeschwindigkeit der Partikel aus der düse 30.000kmh beträgt, müsst man nicht ab 30.000kmh nicht mehr beschleunigen können? Weil die ausgestoßenen Partikel würden ja quasi stillstehend aus der Düse kommen. Aber Newtons drittes Gesetz sieht ja vor, dass auf jede Reaktion eine gleichgroße Gegenreaktion wirkt... also wird ja dennoch Energie nach außen gestoßen...
Also wird man schneller aufgrund Newtons dritten Gesetzes oder wird das ab einem gewissen Punkt von einer anderen Gesetzmäßigkeit abgelöst dich ich nicht kenne?
pls send help.
8 Antworten
Wenn du mehr Treibstoff mitführst, als die Masse der restlichen Rakete beträgt, d.h. mehr Masse nach hinten ausstoßen kannst, erreicht die Rakete eine höhere Geschwindigkeit, als die ausgestoßene Masse (Newtons Gesetz trifft somit zu). Beachte das Masseverhältnis und die Tabelle im Anhang.
Ergänzung: Die erreichbare Geschwindigkeit der Rakete ist natürlich relativ zum Startort z.B. zur Erde zu verstehen. Die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Masse bezieht sich jedoch relativ zur Rakete.
also wird ja dennoch Energie nach außen gestoßen...
Luft und Treibstoff werden im Triebwerk gemischt und verbrannt, wodurch heiße Gase entstehen. Diese Gase werden dann durch eine Düse geleitet, die sich nach hinten verengt, was den Gasmassenstrom beschleunigt, wodurch eine große Kraft in entgegengesetzter Richtung entsteht – nach vorne.
Also ja - sie wird in Wärmeenergie und kinetische umgewandelt.
30.000kmh nicht mehr beschleunigen können?
Auch das stimmt. Wenn die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase erreicht hat, hört sie auf zu beschleunigen.
Dass die Rakete nicht schneller werden kann als die ausgestoßenen Partikel. Die Partikel können sich nicht schneller von der Rakete entfernen, aber z. B. aus Sicht eines Planeten kann sich die Rakete natürlich schneller als mit 30000 km/h vom Planeten wegbewegen nach genügend Beschleunigungszeit.
Das war gar nicht die Frage. Die Frage war, ob die Rakete aus eigener Kraft und ohne äußere Einwirkung weiter beschleunigt, auch wenn sie die Geschwindigkeit der aus dem Triebwerk ausgestoßenen Teilchen bereits erreicht hat.
Nach dem Impulserhaltungssatz sollte es nicht möglich sein, die Rakete schneller zu beschleunigen, als es die Abgase in einem geschlossenen System zulassen.
Es ist eine Gesamtimpulsänderung, ich sehe nicht, wie aus begrenzter Masse und Gewicht mehr Schub und Beschleunigung resultieren soll?
Wie soll die Rakete aus eigener Kraft, ohne äußere Einwirkung, beschleunigen?
Natürlich ist die Relativgeschwindigkeit zw. Rakete und den Partikeln immer 30000 km/h, keine Frage. Aber das interessiert doch gar nicht. Wichtig ist doch, mit welcher Geschwindigkeit sie sich von der Erde etwa wegbewegt, und die kann allemal größer als die Relativgeschwindigkeit zw. Rakete und Partikeln werden.
Wenn die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase erreicht hat, hört sie auf zu beschleunigen.
FALSCH
Die Rakete hört auf zu Beschleunigen, wenn der Treibstoff verbraucht ist.
Es gibt bis heute kein Triebwerk, bei dem die Austrittsgeschwindigkeit auch nur annähernd 8 km/s (erste kosmische Geschwindigkeit) erreicht. Das ist die Geschwindigkeit, die zum Einschwenken auf eine Erdumlaufbahn nötig ist.
Dann habe ich mich geirrt, ich konnte mich nur an die 7 erinnern - haha
Trotzdem bin ich mit deiner Antwort nicht zufrieden.
Natürlich hört die Rakete auf zu beschleunigen, wenn der Treibstoff leer ist und der Schub nachlässt.
Aber trotzdem ist mir kein Szenario bekannt, in dem der Schub, der proportional zur Austrittsgeschwindigkeit der aus dem Triebwerk ausgestoßenen Gase ist, die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase übersteigt.
Nach dem Impulserhaltungssatz, vorausgesetzt, der Treibstoff ist nicht schon vorher leer, dürfte die Schubkraft diese nie überschreiten, da die Schubkraft immer kleiner oder gleich der Austrittsgeschwindigkeit der Abgase bleibt, da diese Geschwindigkeit die Ursache für die erzeugte Schubkraft ist.
Insofern könnte der Schub die Rakete nicht schneller "beschleunigen" als sie sich ohnehin schon bewegt.
Korrigiere mich, wenn ich falsch liege.
Aber trotzdem ist mir kein Szenario bekannt, in dem der Schub, der proportional zur Austrittsgeschwindigkeit der aus dem Triebwerk ausgestoßenen Gase ist, die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase übersteigt.
Damit wäre jegliche Raumfahrt unmöglich.
Mal ganz einfach: Nehmen wir an, Du hättest ein Auto mit Raketenantrieb (den Luftwiderstand vernachlässigen wir mal, der spielt ja bei Raumschiffen auch nur auf den ersten Kilometern nach oben eine ernstzunehmende Rolle, alle anderen Widerstände wie Rollreibung und so weiter blenden wir auch mal aus, die spielen bei Raumfahrzeugen eh keine Rolle). Die Austrittsgeschwindigkeit liegt jetzt bei schlappen 10 m/s, das sind 36 km/h. Da wir keinerlei Widerstände haben, können wir bei 36 km/h das Triebwerk abschalten, das Auto fährt einfach weiter. Unrealistisch? Stimmt. Das Auto wird natürlich durch Reibung gebremst. Dieses Problem haben wir aber nicht, wenn wir uns im Weltraum befinden. Keinen Boden, keine Luft, keine Reibung. Und jetzt schalten wir das Triebwerk wieder ein.
Die Triebwerke sorgen in einer Umgebung ohne nennenswerten Widerstand für eine Erhöhung der Geschwindigkeit, nicht für die (schon gegebene) Geschwindigkeit selbst.
Unrealistisch? Stimmt. Das Auto wird natürlich durch Reibung gebremst. Dieses Problem haben wir aber nicht, wenn wir uns im Weltraum befinden. Keinen Boden, keine Luft, keine Reibung. Und jetzt schalten wir das Triebwerk wieder ein.
Das gillt aber auch nur dafür, das die Rakete ihre 'Geschwindigkeit' nicht verliert. 'Beschleunigen', also schneller wird sie aus eigener Kraft trotzdem nicht.
Das gillt aber auch nur dafür, das die Rakete ihre 'Geschwindigkeit' nicht verliert.
Genau. Sie verliert aber auch keine Geschwindigkeit. Einmal im Weltraum ist die Geschwindigkeit ohne Triebwerk eine Konstante.
Beschleunigen', also schneller wird sie aus eigener Kraft trotzdem nicht.
Doch,
Genau. Sie verliert aber auch keine Geschwindigkeit. Einmal im Weltraum ist die Geschwindigkeit ohne Triebwerk eine Konstante.
Ja, aber Geschwindigkeit ≠ Beschleunigung.
Das gillt aber auch nur dafür, das die Rakete ihre 'Geschwindigkeit' nicht verliert.
Was der Fall ist. Genau deshalb funktioniert es ja, dass ein Triebwerk mit einer Austrittsgeschwindigkeit von etwa 500 m/s locker ein auf die 8 km/s beschleunigen kann, die für das Einschwenken auf eine Erdumlaufbahn nötig sind.
Du verstehst noch nicht, die 8 km/s sind irgendwas um die 28.000 km/h. Die Frage des Anwenders ist doch, was passiert, wenn die Rakete diese Geschwindigkeit erreicht oder überschritten hat und sich der Relativgeschwindigkeit der austretenden Abgase nähert. (vorausgesetzt, die Rakete hat theoretisch noch genügend Treibstoff)
Der Schub/Vortrieb wird erst durch die Kompression und das gezielte Ableiten der Abgase erzeugt, kann also niemals größer sein, als die Geschwindigkeit der austretenden Abgase.
Das Triebwerk kann die Rakete nicht schneller beschleunigen als der Schub, der niemals größer als die Austrittsgeschwindigkeit ist.
Die Rakete wird also hinterher nicht schneller. Das hat der Kollege Gemeinschaftsexperte für Physik gerade sehr gut erklärt.
Du hast offensichtlich noch nicht verstanden, dass man auch bei 1234567 km/s noch ein Triebwerk mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 0,01 km/s zünden kann, welches zu einer (zugegeben sehr geringen) Beschleunigung führt.
Du ruinierst geade sämtliche Raumfahrt. Die haben noch nie ein Triebwerk mit einer Ausstoßgeschwindigkeit von 8 km/s gehabt, aber trotzdem konnten sie schon alles mögliche in Erdumlaufbahnen schießen.
Du hast offensichtlich noch nicht verstanden, dass man auch bei 1234567 km/s noch ein Triebwerk mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 0,01 km/s zünden kann, welches zu einer (zugegeben sehr geringen) Beschleunigung führt.
Wenn eine Rakete bereits eine beträchtliche Geschwindigkeit erreicht hat und ein Triebwerk mit geringerer Schubkraft hinzugefügt wird, kann dies die Geschwindigkeit der Rakete weiter erhöhen, wenn die Schubkraft des zusätzlichen Triebwerks über einen ausreichend langen Zeitraum wirkt.
Jedoch, sobald die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase des Triebwerks erreicht hat, kann das Triebwerk keine zusätzliche Beschleunigung erzeugen, da die Rakete bereits die maximale Geschwindigkeit erreicht hat, die durch die Aktion des Triebwerks möglich ist.
Die Beschleunigung der Rakete kann nicht größer sein als die Beschleunigung, die von der Schubkraft des Triebwerks erzeugt wird, selbst wenn sie über einen längeren Zeitraum wirkt.
Die Impulserhaltungsgleichung besagt, dass die Änderung des Impulses eines Systems gleich der auf das System wirkenden Gesamtkraft ist.
Da die Rakete ihre Geschwindigkeit erhöht, indem sie die Masse der ausgestoßenen Gase mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausstößt, kann die Änderung des Impulses der Rakete als die Masse der ausgestoßenen Gase multipliziert mit ihrer Austrittsgeschwindigkeit betrachtet werden.
Wenn die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase erreicht, bleibt die Änderung des Impulses, konstant, da die Austrittsgeschwindigkeit nicht weiter erhöht werden kann. Dies bedeutet, dass die Schubkraft, keine zusätzliche Beschleunigung mehr erzeugen kann, da die Änderung des Impulses konstant bleibt...
Jedoch, sobald die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase des Triebwerks erreicht hat, kann das Triebwerk keine zusätzliche Beschleunigung erzeugen, da die Rakete bereits die maximale Geschwindigkeit erreicht hat, die durch die Aktion des Triebwerks möglich ist.
Nö. Keine weitere Diskussion mehr nötig.
Dann lass es, aber ich habe Recht und du kannst es nicht wiederlegen - Punkt.
Wenn die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase erreicht hat, bleibt die Änderung des Impulses konstant, und die Schubkraft kann keine weitere Beschleunigung erzeugen. Die Rakete kann nur eine Geschwindigkeit erreichen, die der Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase relativ zur Rakete entspricht, aber sie kann diese Geschwindigkeit nicht (aus eigener Kraft) überschreiten.
Dann lass es, aber ich habe Recht und du kannst es nicht wiederlegen - Punkt.
Die Praxis widerlegt Dich bereits: Es gibt keine Rakete, die eine Ausstoßgeschwindigkeit von 8 km/s auch nur annähernd erreicht. Laut Deinen eigenen Kommentaren hier könnte also nie eine Rakete die erste kosmische Geschwindigkeit erreichen. Momentan sind wir bei der dritten kosmischen Geschwindigkeit.
Na das sage ich doch die ganze Zeit 😂
Bist du auch mal aufgewacht oder bist der deutschen Sprache nicht mächtig?
Na das sage ich doch die ganze Zeit
Du behauptest, dass eine Rakete nicht schneller werden kann als ihre Ausstoßgeschwindigkeit. Kann man hier leicht nachlesen.
Ich habe geantwortet, dass die in der Raumfahrt nötigen und durch Raketen erreichten Geschwindigkeiten deutlich höher sind als die Ausstoßgeschwindigkeiten der Raketen.
Ich empfehle Dir Physik so ab "wo ein Körper ist, kann kein zweiter sein".
Du behauptest, dass eine Rakete nicht schneller werden kann als ihre Ausstoßgeschwindigkeit. Kann man hier leicht nachlesen.
Nein, ich sage, dass das Triebwerk sie nicht weiter beschleunigen kann, wenn sie bereits die konstante Austrittsgeschwindigkeit des Triebwerks erreicht hat.
Das sind zwei völlig verschiedene Dinge.
Ich habe geantwortet, dass die in der Raumfahrt nötigen und durch Raketen erreichten Geschwindigkeiten deutlich höher sind als die Ausstoßgeschwindigkeiten der Raketen.
Das ist auch richtig, liegt aber offensichtlich, wie du inzwischen selbst festgestellt hast, nicht an den Tribwerken!
Es gibt keine Rakete, die eine Ausstoßgeschwindigkeit von 8 km/s auch nur annähernd erreicht. - Kwalliteht
So ist es! :)
Du hast bis eben noch felsen fest behauptet ein Tribwerk mit Zitat: "0,01 km/s" könne eine Rakte, die bereits "1234567 km/s" fliegt, weiter beschleunigen, was physikalisch völlig unmöglich ist, wenn die Autrittsgeschwindigkeit bei maximal 8 km/s liegt.
Was du schreibst, widerspricht dem Impulserhaltungssatz. Die Rakete enthält Treibstoff. Daraus entstehen Verbrennungsprodukte. Die werden entgegen der Bewegungsrichtung beschleunigt, erhalten also einen Impuls entgegen der Fahrtrichtung. Dass die Rakete in Bezug auf die Erde eine bestimmte Relativgeschwindigkeit hat, kann der Treibstoff ja nicht wissen. In Bezug auf andere Himmelskörper hat sie eine andere Geschwindigkeit. Wir suchen uns unter den Billiarden Himmelskörpern im All einen aus, zu dem Rakete eine Relativgeschwindigkeit von 10 000 km/h hat. Die Geschwindigkeit der Abgase ist also plötzlich wieder höher als die der Rakete. Also kann die Rakete wieder beschleunigen. Wenn die Rakete in Bezug auf diesen Himmelskörper 30 000 km/h erreicht hat, wechseln wir wieder den Bezugshimmelskörper, und die Rakete beschleunigt in Bezug auf diesen Himmelskörper weiter. Um ein anderes Beispiel zu nehmen: Ein Flugzeug, das auf der Erde auf einer Startbahn steht, hat in Bezug auf die Sonne eine Geschwindigkeit von 110 000 km/h. Die Luft wird in den Triebwerken nicht annähernd auf diese Geschwindigkeit beschleunigt. Trotzdem setzt sich das Flugzeug in Bewegung. Dein Denkfehler liegt also in der willkürlichen Definition des Bezugssystems.
Nehmen wir ein Beispiel.
Wenn ein Astronaut bei der ISS ist bewegt er sich mit dieser, mit 7700m/s um die Erde.
Wenn nun zwei Astronauten sich voneinander Abstoßen bewegen sich beide in die entgegen gesetzte Richtung, was ja der Impulserhaltung entspricht.
Wenn sie sich nun genau in Richtung der Bahngeschwindigkeit der ISS abstoßen bewegt sich ein Astronaut danach relativ zur Bahngeschwindigkeit der ISS mit 2m/s der andere mit -2m/s, damit hat ein Astronaut relativ zur Erde eine Geschwindigkeit von 7702m/s der andere eben 7698m/s relativ zur Erde.
Astronaut 1 bewegt sich jetzt also um 2m/s schneller um die Erde und das obwohl er den anderen Astronauten nicht mit über 7700m/s weggeschleudert hat.
Ersetze in dem Beispiel nun Astronaut 1 mit der Rakete und den Astronaut 2 mit dem Abgasstrahl zur Rakete und du merkst, dass es vollkommen unerheblich ist welche Geschwindigkeit die Rakete im Bezugssystem der Erde hat.
Defakto interessiert die Rakete die Relativgeschwindigkeit zur Erde oder zu einem anderen Körper gar nicht. Du wirst am Ende immer einen Stern oder einen Planeten finden können welcher sich fast beliebig schnell zur Rakete und allen anderen Objekten bewegt.
Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass die Erde in irgendeiner weise ein ausgezeichnetes Bezugssystem wäre nachdem sich nun alle Raketen richten müssten.
Auch das stimmt. Wenn die Rakete die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Gase erreicht hat, hört sie auf zu beschleunigen.
An welchem Bezugssystem machst du das fest.
Wie bekannt ist gilt das Relativitätsprinzip. Im wesentlichen besagt das, dass es kein ausgezeichnetes Koordinatensystem gibt.
Also die Antwort ist falsch wenn du dich auf die Erdoberfläche beziehst, denn die ist für diese Frage komplett unerheblich.
Damit du die Impulserhaltung am einfachsten betrachten kannst nimmst du das Raketenfeste Koordinatensystem. In diesem ist die Rakete immer in Ruhe.
In diesem Koordinatensystem bewegt sich der Abgasstrahl immer von hinten von der Rakete weg damit besagt die Impulserhaltung dass die Rakete einen Impuls in die andere Richtung bekommt. Und das ist komplett unabhängig vom Bezugssystem der Erde, der Sonne oder irgendeinem anderen.
Anders gesagt in ihrem eigenen Bezugssystem kann die Rakete niemals schneller als die ausgestoßnen Teilchen werden, weil sie hier immer in Ruhe ist, ergo kann sie beliebige Geschwindigkeit in anderen Bezugssystemen bekommen.
Man kann mit einem beliebigen Triebwerk beliebige Geschwindigkeiten erreichen.
Es gilt das Relativitätsprinzip was bedeutet, dass die Wahl des Bezugssystems für das Problem unabhängig sein muss.
Das einfachste Bezugssystem welches ich wählen kann ist das Raketenfeste Bezugssystem. In diesem ist die Rakete immer in Ruhe und der Abgasstrahl geht immer von der Rakete weg.
Dementsprechend kann die Rakete in diesem Bezugssystem nie höhere Geschwindigkeiten als 0 erreichen. Die Impulserhaltung hier ist also trivial.
Da das Relativitätsprinzip nun besagt, dass die Wahl des Bezugssystems egal ist, ist auch für alle anderen Fälle immer gegeben, dass das Triebwerk die Rakete beschleunigt und das unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zu anderen Systemen wie zB der Erde.
Die Rakete kann also bezogen zur Erde beliebig schnell werden und das ist im Einklang mit der Impulserhaltung und den Newtonschen Axiomen.
In der Praxis ist die Geschwindigkeit aber natürlich durch die mitgeführte Treibstoffmenge begrenzt.
nur die Relativgeschwindigkeit der ausgestoßenen Gase zur Rakete zählt, und die bleibt gleich. Für einen "ruhenden" nicht mitbeschleunigten Beobachter scheinen die Gase stillzustehen, wenn die Rakete diese Geschwindigkeit erreicht, und danach scheinen sie der Rakete sogar nachzufliegen, aber das interessiert das Bezugssystem der Rakete nicht, in dem die Ausstoßgeschwindigkeit gleichbleibt.
Naja es gibt im Weltraum auch noch andere Möglichkeiten um zu beschleunigen. Swingby Manöver zumbeispiel
Falsch — sorry...