Fahrstuhlexperiment?
Hallo, ich habe eine Frage zur Physik. Ich habe versucht zu verstehen, warum das Gewicht beim nach oben beschleunigen größer, beim nach unten kleiner, bei gleicher geschwindigkeit weder kleiner noch größer bei 0 ist. Warum es größer ist habe ich verstanden: Sobald der Fahrstuhl nach oben beschleunigt, wirkt neben der Gravitation, eine zusätzliche Kraft durch die Beschleunigung auf den Körper. Aufgrund der Trägheit will unser Körper jedoch den Bewegungszustand beibehalten. Dass schafft er nur, wenn er eine Gegenkraft auf die Aufzugsfläche ausübt. Diese Gegenkraft, die auf die Aufzugsfläche ausgeübt wird, also auch auf die Waage, wird als erhöhtes Gewicht gemessen. Ich verstehe aber nicht, warum es, bzw wie es kleiner wird oder warum es sich garnicht verändert (weil keine Kraft ausgeübt wird?). Kann mir es jemand sinnlich erklären? Ich danke im voraus.
2 Antworten
Hallo ViDa111,
es sind einfach GALILEIs bzw. NEWTONs Gesetze der Mechanik am Werk.
Dabei ist zu beachten: Geschwindigkeit und Beschleunigung sind Vektorgrößen, d.h., Größen mit Richtung, ebenso wie die Kraft, und Beschleunigung ist nicht unbedingt "schneller werden", sondern jede Änderung der Geschwindigkeit.
"Beschleunigung nach oben" kann heißen, dass die Kabine auf dem Weg nach oben schneller wird oder auf dem Weg nach unten abbremst. "Beschleunigung nach unten" kann heißen, dass die Kabine auf dem Weg nach unten schneller wird oder auf dem Weg nach oben abbremst.
Jede Beschleunigung eines Fahrzeugs in eine Richtung führt dazu, dass alle Körper im Fahrzeug relativ zu diesem selbst eine gleich starke Beschleunigung in entgegengesetzte Richtung erfahren. Diese – von außen betrachtet scheinbare – Beschleunigung ist für alle Körper dieselbe, übrigens exakt wie bei der Gravitation, wie schon GALILEI entdeckt hat. Gravitations- und Trägheitskräfte sind beide proportional zur Masse und beschleunigen unterschiedliche Massen gleich stark. Deshalb addieren sich Gravitation und
Ich verstehe aber nicht, warum es, bzw wie es kleiner wird oder warum es sich garnicht verändert ...
Das letztere zuerst: Wenn die Kabine sich gar nicht oder mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wirkt auf alles im Inneren keine Kraft (außer ggf. der Gravitation).
...(weil keine Kraft ausgeübt wird?)
Kann sein. Es kann aber auch sein, dass Kräfte wirken, die einander aufheben. Bei einem immer geradeaus fahrenden Auto sind das der Antrieb und die Reibung.
Wenn die Kabine nach unten beschleunigt, haben wir Trägheitskräfte nach oben, die sich daher betragsmäßig von den Gravitationskräften subtrahieren; deshalb nimmt das auf den Boden wirkende Gewicht ab. Ohne die Gravitation würde man zur Decke gezogen.
Würde die Kabine frei fallen, würde alles in ihr gleich stark Richtung Gravitationszentrum gezogen, und relativ zur Kabine wäre alles schwerelos. Genau das passiert übrigens auch auf einer Raumstation im Erdorbit, nur dass sie sich so schnell seitlich bewegt, dass sie ihren Abstand zur Erde beibehält. Die ISS zum Beispiel befindet sich keineswegs außerhalb des Gravitationsfeldes der Erde.
Die Äquivalenz von Gravitation und Trägheitsbeschleunigung hat übrigens auch zu einer ganz neuen Beschreibung der Gravitation geführt: Nicht als Kraft wie beim Elektronagnetismus, sondern als Krümmung der Raumzeit. Diese Beschreibung ist nichts anderes als die Allgemeine Relativitätstheorie (ART).
Schwerebeschleunigung und andere Beschleunigungen addieren sich. Wenn man die nach oben positiv zählt und die nach unten negativ, kommt das dabei heraus.