Wo kommt die Energie der Erde (Sonnenumrundung) her?
Wenn die Erde sich um die Sonne dreht ... und da viel Kraft aufbringt und die Sonne die Erde anzieht - so gibt das ja diese Umlaufbahn die existiert, auf der die Erde sich um die Sonne dreht.
Aber: Müsste nicht immer erneut Energie zugeführt werden, damit die Erde auf dieser Umlaufbahn bleibt? (Und nicht irgendwann die Sonne die Erde an sich zieht?)
Woher kommt diese Energie? Auch irgendwas anderes außen im Weltraum, dass diesen Einfluss hat? Oder von der Erde (und bei andern Planeten dann ähnlich) von "innen"?
Würde mich mal interssieren - ob da Physiker unter uns sind, die tiefer da in der Materie drin sind. Sowas findet man ja nicht schnell bei Google.
7 Antworten
Hallo ParryHotterSD,
ja, wir Physiker treiben uns überall rum. Nirgends ist man von uns Nerds sicher... nicht mal auf gf (sehr zum Leidwesen der anwesenden Homöopathen und VT-ler...)
Zur Erdbahn:
Erinnere Dich an den guten alten Newton: Um eine (reibungsfreie) Bewegung beizubehalten, ist keine Kraft nötig. Newton formuliert "wirkt auf einen Körper keine Kraft, so behält er seinen Zustand der Ruhe oder der Bewegung bei."
Sprich: Wirkt auf einen Körper keine Kraft ein, dann ändert er seine Bewegung nicht. Und genau das passiert auf einer stabilen Planetenbahn: Es wirkt keine Kraft auf den Planeten ein, die stark genug wäre, ihn aus seiner Bahn abzulenken.
Auf der Planetenbahn gilt:
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/Vorlesung1/Kapitel3/grav.htm
In Worten: was steht da?
Die Bahn eines Planeten ist diejenige, bei der seine Gesamtenergie minimal ist. Und seine Gesamtenergie setzt sich aus 3 Beiträgen zusammen:
- potentielle Energie - das ist die Lageenergie im Schwerkraftfeld der Sonne
- kinetische Energie - die Bewegungsenergie bei der Bewegung um die Sonne
- Rotationsenergie - aus der Bewegung um die Sonne ergibt sich ein Drehimpuls und damit Rotationsenergie
Und wie gesagt: Bei der Bewegung um die Sonne bleibt die Summe aus diesen 3 Einzelbeiträgen minimal. Auf dem Link zur Uni Würzburg ist dieser Gedankengang in mathematische Form gebracht.
Etwas weiter unten ist eine graphische Darstellung (bitte runterscrollen) - und hier erkennt man, warum die Bahn eines Planeten stabil ist: Er befindet sich in einem Potentialtopf. Eine Abweichung von der Planetenbahn (z.B. durch einen anderen Planeten...) führt sofort zu einer höheren Gesamtenergie - der Planet rutscht wieder in den Potentialtrichter zurück, sobald die Störung kleiner wird.
Man müsste __sehr viel__ Energie aufbringen, um einen Planeten aus seinem Potentialtopf zu holen. So lange das nicht passiert, behält er seinen Zustand der Bewegung stur bei.
Grüße
Gut, ich bin Physiker (sogar mit Nebenfach Astronomie)... und versuche mal eine relativ einfache Antwort.
Ganz einfach - Nach den physikalischen Gesetzen, die seit Newton bekannt sind, benötigt die Erde dafür absolut keine Energiezufuhr.
Lineare Bewegungen konstanter Geschwindigkeit benötigen zum Erhalt der Bewegung keine Energie. Kraft (bzw. die Anwendung von Energie) wäre nur notwendig, wenn die Geschwindigkeit erhöht würde (beim Beschleunigen im Flugzeug werden deshalb alle Passagiere in die Sitze gedrückt) oder wenn die Geschwindigkeit reduziert würde (beim starken Bremsen im Auto hängt man in den Gurten, oder kann beim Busfahren sogar nach "vorne" stürzen). - Relativistisch ist Beschleunigen und Bremsen sowieso gleichwertig.
# Halt die Erde fliegt ja nicht linear, sondern auf einer Kreisbahn um die Sonne - wo ist da der Widerspruch? Nirgends. Da sich die Erde im Gravitationstrichter der Sonne befindet ist eine lineare Fortbewegung ihrerseits identisch mit einer echten Kreisbewegung (mathemathisch korrekt Elipse) um die Sonne. Die Erde scheint unverändert geradeaus zu fliegen, wird aber durch die Schwerkraft der Sonne immer in Richtung Sonne gezogen und bildet so eine nahezu perfekte Kreisbahn.
Da sie suich eben auf einer konstanten Bahn befindet, sie kommt der Sonne weder näher noch entfernt die Erde sich von derr Sonne, ist auch hierfür keine Energiezufuhr notwendig.
Hinweis: Im Unterschied zur Bewegung auf der Erde, wo es immer Reibung zum Boden und Luftwiderstand gibt, ist die Bewegung im luftleeren Weltraum absolut reibungslos. Ohne Reibung gibt es kein kontinuierliches Abbremsen und deshalb braucht man auch keine Kraft um konstant in Bewegung zu bleiben. Demzufolge kann die Erde die Kreisbewegung um die Sonne noch einige Milliarden Jahre durchführen.
Ähnliches gilt auch für die Drehbewegung der Erde. Diese wurde anfangs durch Meteoriteneinschlag verursacht, und wird jetzt mangels Reibung durch nichts abgebremst. Und wenn eine Bewegung nicht abgebremst wird dann bleibt diese Bewegung dauerhaft vorhanden.
Da die Erde weder für Fortsetzung ihrer Eigendrehbewegung noch für die Fortsetzung ihrer Kreisbewegung um die Sonne irgendeine Energie benötigt, wird sie das noch solange tun, bis ein anderer externer Effekt sie daran hindert --- ansonsten sogar unendlich lange (selbst wenn dann die Sonne sausgebrannt ist).
Der Unterschied zwischen der Kreisbahn der Satelliten und der Kreisbahn der Erde ist das Weltall.
Offiziell (gem. internationalem Staatsrecht) beginnt das Weltall ab einer Höhe von 100 km.
Da gibt es zwar praktisch keine Atmosphäre mehr, deshalb können da keine Flugzeuge fliegen, aber es gibt doch noch einige verstreute Gasmoleküle, die die Flugbewegung der Satelliten abbremsen.
Auf der Flugbahn der Erde gibt es praktisch absolut nichts. Selbst die Gaswolke, die wir als Schweif eines Kometen sehen können, ist immer noch dünner als jedes Ultrahochvakuum, das wir auf der Erde herstellen können.
Und ohne bremsende Materie, keine Abbremsung.
Müsste nicht immer erneut Energie zugeführt werden, damit die Erde auf dieser Umlaufbahn bleibt?
Nicht wirklich, da sich Sonne und Erde im luftleerem Raum befinden und dort kaum etwas existiert, was die Erde ausbremsen könnte.
Die Objekte, die die Erde beschleunigen bzw. verlangsamen halten sich etwa in Waage und sind vernachlässigbar gering.
Gravitation entzieht nicht Energie, die Erde muss nicht "Kraft aufbringen".
Es gilt Energieerhaltung (die Bewegungsenergie der Erde wird durch keine Reibung abgeführt), Impulserhaltung (die Erde stößt an nichts, an das der Impuls verloren gehen könnte, und nicht zuletzt Drehimpulserhaltung (den loszuwerden ist für ein freischwebendes System praktisch unmöglich).
Keine Reibung im Weltall =>
Geschwindigkeit der Erde bleibt gleich =>
Zentripetalkraft immer gleich stark =>
Die Erde bleibt ohne weitere Energiezufuhr in ihrem Orbit.
Ah. Verstehe. Da war das der entscheidende Punkt (andere hatten es auch schon genannt) - den ich nicht beachtet hatte. Lag intuitiv (wenn man sich nicht so sehr damit auskennt) nahe, dass das an der Energie zeht, wenn da irgendwas in die andere Richtung zieht.
Dass man ansonsten außerhal aller Einflüsse keine Energie mehr aufbringen muss wusste ich ja bereits. (Also irgendwelche fiktiven Raumschiffe die ne Geschwindigkeit haben und fernab aller Planeten sind und dann die Geschwindigkeit einfach so beibehalten und so.)
Hat mich nur etwas verwundert, weil man teils glaube ich mal von Satelitten hörte, die die Menschen in die Erdumlaufbahn schossen - bei denen irgendwann die Energie leer ist und die abstürzen.
Aber das ist dann vermutlich so gemacht, dass man sie kontrolliert abstürzen lässt, damit sie nicht ewig da oben rumfliegen. Die müssten ja nämlich auch wenn die Energie leer ist einfach ihre Geschwindigkeit beibehalten und ewig lang um die Erde kreisen.