Weshalb ist auf der Erde oben und unten relativ?
Physik
5 Antworten
Zwei äquivalente Antworten:
1) Wo oben und unten ist, entscheidet das lokale Gravitationsfeld im eigenen Bezugssystem. Dieses lokale Gravitationsfeld ist die Überlagerung aller Gravitationsfelder, die von Massen herrühren mit der Summe aller Trägheitsfelder. Da man seit Einstein 1916 weiß, dass sich Gravitationsfelder und Trägheitsfelder lokal nicht unterscheiden lassen, ergeben beide zusammen das lokale Gravitationsfeld im Bezugssystem des Körpers.
Manchmal ist es schwierig, dass Trägheitsfeld im Bezugsystem eines Körpers genau zu verorten, daher ist die Frage nach oben und unten im speziellen Fall dann auch nicht so einfach zu beantworten, deshalb noch die zweite, dazu äquivalente Formulierung:
2) Oben ist da, wo die Summe aller Oberflächenkräfte hinzeigt. Dazu ein Beispiel: Wenn eine Person auf der Erdoberfläche steht, dann ist sie ja in Ruhe, die Summe aller Kräfte muss also 0 sein. Es wirken auch zwei Kräfte auf den Menschen, die Gravitationskraft FG nach unten und die gleich große, aber entgegengesetzt wirkende Normalkraft FN der Erdoberfläche auf den Menschen nach unten. Beide Kräfte ergeben in der Summe 0, der Mensch ruht, trotzdem unterscheiden sich die beiden Kräfte: FG ist eine Volumenkraft, sie wirkt auf jedes einzelne Atom des Körpers gleichermaßen, also auf das gesamte Volumen, die Normalkraft FN wirkt aber nur auf die Unterseite der Füße. Wegen dieser zwei verschiedenen Arten von Kräften wird der Mensch zusammengedrückt, er ist "schwer", und die Richtung dieser Normalkraft, nämlich nach oben, definiert auch die Richtung "Oben".
Zweites Beispiel: Auf einem Kettenkarussell wirken auf den Sitz zwei Kräfte, die Gravitationskraft FG nach unten und die Seilkraft FS nach schräg oben innen. Die Summe der beiden Kräfte zeigt in die Mitte des Kreises, daher dreht sich das Karussell im Kreis. Wieder ist FG eine Volumenkraft und die Seilkraft FS ist die Oberflächenkraft, sie definiert, was oben und unten ist, in diesem Fall ist oben also nach oben schräg innen, also Richtung Seil. Wie erkennt man das? Wenn man ein Glas Wasser auf den Sitz stellt, dann stellt sich die Wasseroberfläche während der Fahrt ganz ruhig schräg ein, nämlich genau senkrecht um Seil, also genau senkrecht zum "lokalen oben", ganz genauso , wie es auch in Ruhe ist.
Drittes Beispiel: Ein Mann fällt von einem Turm. Hier wirkt nur eine Kraft, die Grwichtskraft FG, diese ist eine Volumenkraft, eine Oberflächenkraft gibt hier nicht, damit gibt es auch kein oben und unten, der Mann ist schwerelos. Dies gilt bei allen frei fallenden Körpern.
Viertes Beispiel: Eine Rakete zündet weit ab entfernt im All ihre Triebwerke auf der rechten Seite. Hier wirkt vielleicht eine Gravitationskraft irgendeines Himmelskörpers, wir wissen schon, dass diese egal ist, außerdem wirkt die Kraft des Triebwerks auf die Rakete, auch dies ist eine Oberflächenkraft, denn sie wirkt auf die Fläche, wo das Triebwerk an der Rakete befestigt ist, die Kraft zeigt in diesem Beispiel also nach links. Das bedeutet, dass in der Rakete links nun das lokale oben ist, und rechts ist das lokale unten. In der Rakete fallen also alle Körper nach rechts, also nach "unten".
Ist es eben nicht. Auf der Erde ist Unten und Oben klar definiert: Unten ist Richtung Erdmittelpunkt, Oben ist die Gegensätzliche Richtung. Relativ ist es, wenn man sich ausserhalb des Einflusses einer Schwerkraftquelle befindet.
Ein nahezu kugelförmiger Körper kennt im Universum kein oben oder unten. Denn es fehlt einfach der Bezug welcher im Universum oben oder unten definieren würde.
Was genau meinst du damit? Oben/unten auf einer Landkarte? Oben, weil die Schwerkraft einen nach unten zieht?
Weil unser Unten in Neuseeland oben ist... Siehe Gedicht von Ernst Jandl: Antipoden