Warum herrscht in einem in der Atmosphäre fallendem Vakuumkasten Schwerelosigkeit?
Hallo ihr alle,
nach meiner Kenntnis beschleunigt ein fallendes Objekt im Universum (also im Vakuum) unendlich lange, wenn es nicht gebremst wird. In der Erdatmosphäre wird es durch den Luftwiederstand gebremst und fällt also nach einer gewissen Zeit mit konstanter Geschwindigkeit.
Wenn allerdings ein Vakuum (also so ein Kasten wo ein Vakuum drinn ist) in der Erdatmosphäre mit konstanter Geschwindigkeit fällt, dann befindet sich ein Objekt in diesem Vakuum auch in Schwerelosigkeit soweit ich weiß.
Meine Frage ist warum. Denn das Objekt im Vakuum befindet sich ja auch im freien Fall und wird im Gegensatz zu dem Vakuumkasten selbst nicht durch Luftwiderstand gebremst. Das bedeutet nach meinem Verständnis müsste das Objekt im konstant fallenden Vakuum immer noch beschleunigen, also auf den Boden des Vakuums "gedrückt" werden.
Wo liegt also der Unterschied zwischen dem im Universum-Vakuum fallenden Objekt, welches immer weiter beschleunigt und dem im Kasten-Vakuum fallenden Objekt, welches die gleiche konstante Geschwindigkeit wie der Kasten selbst behält.
Ich würde mich über unkomplizierte Erklärungen freuen!
Danke für die Antworten! Wenn in einem fallenden Vakuumkasten also tatsächlich Gravitation herrscht, habe ich eine weitere Frage:
Wenn ich mich theoretisch in dem fallenden Kasten befinde und im Kasten herrscht ein Vakuum, spüre ich (wie ihr sagt) noch eine Anziehungskraft. Wenn ich mich allerdings in dem fallenden Kasten befinde und es herrscht kein Vakuum, bin ich schwerelos - ohne aber einen abbremsenden den Luftwiderstand zu spüren. Warum?
Also wenn ich euch richtig verstanden habe, dann herrscht in dem auf der Erde fallendem Kasten die ganz normale Anziehungskraft - unabhängig ob Vakuum oder nicht. Das klärt für mich das ganze.
Ursprünglich bin ich davon ausgegangen, dass Objekte in dem in der Erdatmosphäre fallendem Kasten schwerelos sind. Das habe ich wegen diesem Video gedacht, wo es so dargestellt wird, ohne zu erwähnen, dass die Atmosphäre ignoriert wurde: https://youtu.be/2uTBolGz3Yc
12 Antworten
Warum herrscht in einem in der Atmosphäre fallendem Vakuumkasten Schwerelosigkeit?
Das tut es nicht, weil der Kasten selber durch die Luft gebremst wird und somit der Inhalt des Kastens auf dessen Boden liegen bleibt. Schwerelosigkeit kann nur dann erzielt werden, wenn der Kasten selber im Vakuum fällt. Das wird z.B. in Bremen im Fallturm gemacht:
https://de.wikipedia.org/wiki/Fallturm_Bremen
nach meiner Kenntnis beschleunigt ein fallendes Objekt im Universum (also im Vakuum) unendlich lange, wenn es nicht gebremst wird. In der Erdatmosphäre wird es durch den Luftwiederstand gebremst und fällt also nach einer gewissen Zeit mit konstanter Geschwindigkeit.
Richtig. Im Vakuum beschleunigt ein Körper ununterbrochen und das auch völlig unabhängig von seiner Masse und seiner Form. Das ist z.B. hier in der Vakuumkammer zu beobachten:
https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs
Man achte darauf, dass sich Physiker wie kleine Kinder freuen können, wenn ein versuch tatsächlich mal zu 100 % klappt.
Hallo lateinfreak1234,
nicht innerhalb, sondern außerhalb des Kastens muss ein Vakuum herrschen, damit der Kasten der Gravitation der Erde frei folgen kann, ohne von Luft drum herum gebremst zu werden. Deshalb wird eine Kammer, die frei fallen soll, oft in einem evakuierten Turm fallen gelassen.
Dann herrscht im Inneren Schwerelosigkeit, da die Erde sowohl den Kasten selbst als auch jeden einzelnen Körper mit derselben Fallbeschleunigung anzieht. Die Luft in Imneren bietet den Körpern keinen Widerstand, da sie zu jedem Zeitpunkt gleich schnell fällt wie die Kammer.
Die Erkenntnis, dass alle Körper unabhängig von ihrer Masse durch die Gravitation grundsätzlich gleich stark beschleunigt werden, ist erst rund 4 Jahrhunderte alt, denn sie steht im Widerspruch zur lange unhinterfragt hingenommenen Lehrmeinung des ARISTOTELES, der annahm, schwerere Körper fielen schneller als leichtere. Sie stammt von GALILEI, wie das Relativitätsprinzip.
Und genau wie dieses liefert es die letztliche Grundlage für EINSTEINs Relativitätstheorie, in diesem Fall der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART): Nur weil die Gravitation sich genau wie Trägheitskräfte verhält, indem sie unterschiedlich schwere Körper gleich stark beschleunigt, lässt sie sich als Krümmung der Raumzeit beschreiben.
Der Kasten wird durch die Atmosphäre gebremst. Egal ob der Kasten ein Vakuum enthält oder eine Katze. Der Kasten befindet sich somit nicht mehr im freien Fall, und der Inhalt des Kastens natürlich somit auch nicht.
Der Unterschied zwischen dem im Universum-Vakuum fallenden Objekt und dem in der Atmosphäre fallenden Objekt besteht einfach darin, dass die Atmosphäre das Objekt bremst, das Universum-Vakuum dagegen nicht.
Es ist egal was drin ist, es fällt ja nicht raus.
Stell dir vor, der Kasten wird total gebremst (etwa durch eine Plattform), seine Geschwindigkeit ist also null, wie ist dann die Geschwindigkeit innerhalb des Kastens? Auch null. Dann stellt dir vor, der Kasten fällt langsam mit 10 km/h (gebremst durch eine gedankliche Bremsfeder), wie ist dann die Geschwindigkeit innerhalb des Kastens? Ebenfalls 10km/h. Und wenn er mit 200 km/h fällt, dann auch dr Inhalt. Das heißt wiederum, dass der evtl. Inhalt, z. B. eine Katze, auf dem Boden des Kastens steht, wenn auch mit geringem Gewicht.
und der Inhalt des Kastens natürlich somit auch nicht.
Wenn er Kontakt zur Hülle hat, dann nicht.
Wenn er keinen Kontakt zur Hülle hat, sollte er eigentlich (relativ zur Masse, auf die er zufällt) frei fallen.
... relativ zur Hülle natürlich nicht, da diese noch eine Eigengeschwindigkeit hat.
Wenn der Inhalt den Kasten ausfüllt, dann bewegt er sich natürlich mit diesem mit und erfährt ebenso die Verzögerung aufgrund des Luftwiderstands, der die umgebende Hülle ausgesetzt ist.
Wenn der Kasten gebremst wird, hat der Inhalt Kontakt zur Hülle, und zwar zum Boden. Wenn der Kasten durch die Atmosphäre gebremst wird, "steht" eine Katze (mit geringem Gewicht) auf dem Boden des Kastens. Egal ob im Kasten Vakumum ist oder nicht.
Wenn der Kasten gebremst wird, hat der Inhalt Kontakt zur Hülle
Irgendwann schon. Ansonsten hängt es davon ab, wie das System "initialisiert" wird. Unter realistischen Bedingungen kann ich davon ausgehen, dass ich das Objekt in den Kasten lege, aus dem Kasten dann die Luft abpumpe, den Kasten anhebe und ihn anschließend fallen lasse. Ja klar, dann hat das Objekt ständig Kontakt zum Boden.
Wir können uns aber zumindest abstrakt ein Experiment vorstellen (die Anfangsbedindungen sind physikalisch beschreibbar, auch wenn das Experiment praktisch nicht umsetzbar ist), in dem der vakuumierte Container in die Höhe "teleportiert" wird und zum selben Zeitpunkt ein anderes Objekt dort hinein, z. B. in den Mittelpunkt.
Das "enthaltene" Objekt "merkt" zunächst einmal nichts vom Container und fällt daher zumindest anfangs frei auf den Schwerpunkt der Erde (oder was auch immer die Quelle des Gravitationsfeldes ist) zu.
Allerdings wird es letztlich auf dem Boden des Containers aufschlagen und dann wohl mit der selben Geschwindigkeit wie dieser seinen Fall fortsetzen.
Genau. Wenn man von dem Zustand unmittelbar nach der "Teleportation" ausgeht, und angenommen der Kasten mit dem "enthaltenen" Objekt" 10 km hoch in die Erdatmosphäre teleportiert wurde, beginnt der Kasten und der Inhalt auf den Erdmittlepunkt hin zu fallen. Das enthaltene Objekt fällt aufgrund nicht vorhandener Bremsung durch die Atmosphäre schneller als der durch die Atmosphäre gebremste Kasten. Das "enthaltene Objekt" fällt also irgendwann auf den Boden des Kastens und dann mit dessen Geschwindigkeit weiter.
Gutes Video.
Das Vakuum spielt darin aber keine Rolle. Zu deiner Frage nur kurz:
Im fallenden Kasten muss kein Vakuum herrschen, damit man sich darin schwerelos fühlt. Doch der Kasten muss selbst im Vakuum fallen, damit er nicht gebremst wird. Die Luft darin "fällt" ja mit, genau so wie du selbst (siehe Video), deshalb die Schwerelosigkeit.
Sobald der Kasten gebremst wird, also nicht mehr konstant schneller wird und eine Endgeschwindigkeit erreicht, beginnst du die "Gegenkraft" der Gravitation zu spüren, die der Kastenboden auf deine Füsse ausübt.
Sollte es eigentlich nicht tun.
Ohne Atmosphäre gibt es keine Kraftübertragung zwischen der gebremst fallenden, umgebenden "Hülle" und dem darin befindlichen, ungebremst fallenden Objekt.
Das "innere" Objekt sollte also definitiv auf dem Boden des "äußeren" Objektes aufschlagen.
Warum wirkt sich die Geschwindigkeit der Hülle auf die Objekt innendrin (die zusätzlich noch im Vakuum sind) aus?