Frage von TommyBoy135, 53

Physikalische Kräfte im Weltraum?

Hallo liebe Community! Ich habe mich letztens mit meinem Vater gestritten.

Es geht darum, dass, wenn ich mich in einem Raumschiff im Weltall befinde mit 10000km/h und etwas aus Raumschiff rauswerfe, dass dieses Objekt dann parallel zum Raumschiff (90° - Winkel) fliegen, aber auch gleichzeitig davon entfernen, weil ich dem Objekt durch den Stoß eine Seitwärts - Geschwindigkeit gegeben habe.

Ich kann mir nun nicht vorstellen, dass ein Objekt nach vorne und gleich zeitig nach links bzw. nach rechts fliegen kann.

Meiner Meinung nach würden sich diese Kräfte behindern. Nun wie seht ihr das? Mit freundlichen Grüßen Tom

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von dompfeifer, 10

Da sitzt Du einem physikalischen Vorurteil auf.

Zunächst ist Deine Geschwindigkeitsangabe zum Raumschiff nur sinnvoll in Bezug auf ein willkürlich ausgewähltes Bezugssystem wie z.B. Erde, Sonne, Mond oder Milchstraßenzentrum. Angesichts der Willkürlichkeit dieser Geschwindigkeitsangabe ist diese auch physikalisch völlig irrelevant.

Genauso ist die "Flugrichtung" völlig relativ. Deshalb ist auch Deine Kennzeichnung von "vorne", "hinten" und "seitwärts" am Raumschiff völlig willkürlich und ebenfalls physikalisch irrelevant. Was in Bezug auf ein System "in Flugrichtung vorne" ist, ist in Bezug auf ein anderes System in "Flugrichtung hinten".

Wenn Du aus dem Raumschiff einen Körper beschleunigst, dann bewegt der sich eben mit der von Dir vorgegebenen Geschwindigkeit in die von Dir vorgegebene Richtung vom Raumschiff weg, das ist alles. 

Nun kannst Du natürlich der relativen Geschwindigkeit des hinausgeworfenen Körpers in Bezug auf das Raumschiff willkürlich und endlos weitere ausgewählte Geschwindigkeiten aufaddieren mittels Geschwindigkeitsvektoren im Raum. Mit diesen Vektoren stellst Du die jeweiligen Größen und Richtungen der Geschwindigkeiten dar. 

Antwort
von Supertramp1234, 7

Hi TommyBoy135

Bei Geschwindigkeit handelt es sich, wie zum Beispiel auch Kraft, um eine vektorielle Größe. Das heißt sie hat sowohl einen Betrag als auch eine Richtung. 

Vektorielle Größen lassen sich in Form eines Pfeils darstellen, wobei die Pfeilrichtung die Richtung der Größe angibt und die Länge des Pfeils den Betrag. Diese Pfeile nennt man im Raum Vektoren. Diese Vektoren kann man miteinander addieren, dabei entsteht dann ein neuer Vektor. 

Wenn du jetzt zwei Geschwindigkeiten miteinander addierst dann "entsteht" eine neue Geschwindigkeit mit neuer Richtung und neuem Betrag. Wenn du zwei Pfeile zeichnest dann addierst du sie indem du den einen Pfeil so verschiebst dass er mit dem Hinterteil (da wo die Pfeilspitze nicht ist) an der Pfeilspitze des anderen Pfeils ist. Wenn du jetzt einen Pfeil von dem hinterteil des ersten Pfeils zu der Pfeilspitze des anderen Pfeils zeichnest dann erhältst du die Summe der Pfeile. Zum erklären ohne Zeichnungen ist das relativ schwierig aber wenn du Kräfteparallelogram googelst solltest du schnell etwas finden.

So jetzt zu deinem Problem :

Um herauszufinden wohin sich das Objekt jetzt mit welcher Geschwindigkeit bewegt musst du einfach beide Geschwindigkeiten miteinander addieren.

1. Geschwindigkeit 10000 km/h parallel zur Richtung des Raumschiffs da der Trägheitssatz besagt dass sich ein Körper solange mit gleichbleibender Geschwindigkeit in eine Richtung bewegt,  bis eine Kraft auf ihn wirkt. Diese Kraft ist zwar durch das herauswerfen gegeben doch ändert diese Kraft die Richtung des Objekts die Richtung setzt sich aber immernoch aus den 2 Pfeilen zusammen. Das heißt er fliegt 10000km in einer Stunde parralell zum Raumschiff und x (Abwurfgeschwindigkeit im 90° Winkel vom Raumschiff weg.

Folglich behindern sich die zwei Geschwindigkeiten nicht. Das würde nur passieren wenn der Winkel der beiden Pfeile größer als 90° betragen würde.

Bei der Geschwindigkeit handelt es sich jedoch um eine Bezugsgröße das heißt sie brauch einen Bezugspunkt.

Die Geschwindigkeit auf der Erde wird meistens mit dem Bezug zur Erdoberfläche angegeben. In unserem Fall könnte man auch sagen dass sich im Bezug auf das Raumschiff sich das Objekt nur mit x km/h vom Raumschiff entfernt. Im Bezug auf den Abwurfpunkt sich das Objekt jedoch mit einer Geschwindigkeit von v=Wurzel(x²+10000²) bewegt (Satz des Pytagoras). Das heißt wenn man von Geschwindigkeiten redet hängt es auch immer davon ab welchen bezugspunkt man wählt. So kann ich sagen dass ich mich zurzeit mit 107208 km/h bewege. Das ist nämlich die Bahngeschwindigkeit der Erde um die Sonne.

Ich hoffe ich konnte dir helfen

Liebe Grüße Supertramp1234

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Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 6

…und etwas aus Raumschiff rauswerfe…

…oder seitlich herausschießt, deshalb habe ich dieses Etwas Projektil genannt.

Ich kann mir nun nicht vorstellen, dass ein Objekt nach vorne und gleich zeitig nach links bzw. nach rechts fliegen kann.

Schräg. Auf dem Bild kannst Du das sehen, wie sich die Geschwindigkeiten des Projektils (P) addieren:

(1)  v.x.P·|1.x› + v.y.P·|1.y› = |v›.P

Dabei sind |1.x› und |1.y› Einheitsvektoren, d.h. sie geben nur Richtungen in x- bzw. y-Richtungen an.

(2) v.x.P = v.x.R

die zu der Geschwindigkeit des Raumschiffs (R) parallele Geschwindigkeitskomponente des Projektils ist natürlich gleich.

Bewegung ist ohnehin relativ, d.h., Du kannst ebenso gut das Raumschiff als ruhend betrachten, und dann hat das Projektil nur v.y.P·|1.y›. Dass diese Betrachtung ebenso gültig ist, besagt Galileis Relativitätsprinzip.

Meiner Meinung nach würden sich diese Kräfte behindern.

Welche Kräfte? Die einzige Kraft, die ich hier wirken sehe, ist die beim Abschuss. Genau genommen hat die eine Gegenkraft, die auch das Raumschiff seitwärts beschleunigt, die ich mir aber als vernachlässigbar denke, weil das Projektil etliche Zehnerpotenzen leichter sei sollte als das Raumschiff. Die Geschwindigkeiten überlagern sich.

Ein bisschen komplizierter wird dies nur, wenn man mindestens eine der Geschwindigkeiten nicht mehr gegen die Vakuumlichtgeschwindigkeit c vernachlässigen kann. Das Relativitätsprinzip gilt dann aber immer noch, worauf übrigens Einsteins Relativitätstheorie beruht.

Antwort
von cacommander, 24

zwei gleichzeitige Richtungsbewegungen ergeben eine neue Richtungsbewegung, d.h.: doch das Objekt fliegt nach vorne und nach links. Gleichzeitig gilt das Trägheitsprinzip. Der Gegenstand fliegt also mit der selben Geschwindigkeit wie das Raumschiff (da kein Widerstand da ist) in einem, wenn ich mit nicht irre, 45 Gradwinkel von dem Raumschiff weg. Allerdings bin ich kein Physiker und argumentiere auf Schulniveau. Sorgen würde ich mir aber eher darum machen, dass ich bei dem Versuch etwas aus der raumschiff zu werfen nicht drauf geheXD 

Kommentar von Franz1957 ,

45 Grad sind es nur dann, wenn der Gegenstand genauso schnell geworfen wird wie das Raumschiff schnell ist.

Kommentar von cacommander ,

Gut zu wissen, danke für den Hinweis

Antwort
von bartman76, 16

Nein, die beiden Bewegungen behindern sich nicht. Die ursprüngliche Geschwindigkeit (die des Schiffes) wird beibehalten und die neue wird addiert, so dass sich in Summe eine neue Richtung und Geschwindigkeit ergibt.

Man könnte den Gegenstand natürlich direkt nach hinten werfen, dann müsste man die neue GEschwindigkeit von der alten abziehen und die Richtung würde dennoch beibehalten (so lange das Schiff schneller ist).

Antwort
von hydrahydra, 24

Es fliegt ja auch nur von deiner Position aus gesehen nach vorne und links. Für sich hat das Objekt eine gerade Flugbahn.

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