Gravitation und Strahlungsdruck (und Gasdruck?)?
Ich muss in meinem MSA Vortrag unter anderem die Gravitationskraft, den Strahlungsdruck und wenn möglich auch den Gasdruck erkläre.
Nun erst einmal zur Gravitationskraft: Ich habe zwar unzählige Erklärungen gefunden, nur aber leider immer nur auf die Gravitation zwischen 2 Planeten bezogen. Könnt ihr mir da Aushelfen und es darauf beziehen, warum ein Stern sich zusammenziehen will? Also warum die Gravitation den Stern zum Zusammenfall bringen würde?
2.Der Strahlungsdruck, nun dazu brauche ich eine VERSTÄNDLICHE Erklärung, ich finde nur welche, welche ich leider nicht verstehe.
- Der Gasdruck: Den müsst ihr nur erklären falls ihr Zeit und Lust habt, sonst schaffe ich den auch alleine, haha :D
4 Antworten
Hey,
die Gravitation ist neben dem Elektromagnetismus, der schwachen Kernkraft und der starken Kernkraft eine der vier fundamentalen Grundkräfte der Physik.
Der Begriff Kraft meint im Zusammenhang mit der Gravitation die Anziehung die zwischen zwei massebehafteten Körpern universell existiert. Ohnehin ist Gravitation, gleichbedeutend mit dem Begriff ,,Schwerkraft" eine Eigenschaft die jede Masse besitzt. Zur Beschreibung der Schwerkraft kann nun sowohl die newtonsche Mechanik als auch die relativistische Variante mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie gewählt werden. So viel zur Vorarbeit...
Schwerkraft sorgt dafür, dass sich Dinge anziehen. Genau so wie das Schwerkraftfeld der Erde dafür verantwortlich ist, dass wir immer auf dem Boden landen nachdem wir hochgesprungen sind, ist in einem Stern das Gas an "unserer Stelle". Die Schwerkraft des Sterns zieht das Gas in Richtung Sternkern genau so wie es die Erde hier mit uns tut. Deswegen bedient man sich der Formulierung die Gravitation drücke einen Stern zusammen.
Nun ist die Schwerkraft nicht die einzige Kraft die in einem Stern wirkt. Wäre das so, würde der Stern innerhalb einer sogenannten Freifallzeit in sich zusammenfallen sprich implodieren.
Es gibt Kräfte die der nach innen "ziehenden" Schwerkraft entgegenwirken. Bei massearmen Sternen wie der Sonne ist dies vornehmlich der Gasdruck. Bei massereicheren Sternen ab etwa 5 Sonnenmassen beginnt hingegen der Strahlungsdruck gegenüber dem Gasdruck zu dominieren. Was meinen diese Begriffe nun?
Das Gas eines Sterns besteht auf atomarer Ebene aus Protonen, Elektronen und einigen Neutronen. Diese Teilchen unterliegen im Sinne der QM einem sogenannten Ausschließungsprinzip und lassen sich darum nicht beliebig eng zusammendrücken. Wenn man Gas also komprimiert (zusammendrückt), fängt es an einen Druck auszuüben der dann Gasdruck genannt wird.
Der Strahlungsdruck eines Sterns lässt sich nun folgendermaßen erklären: Bei der Verschmelzung von Atomkernen im Sterninnern werden Photonen (Lichtteilchen) erzeugt. Sie dringen nach ihrer Freisetzung aus dem Kern des Sterns in die äußeren Sternschichten ein.
Photonen besitzen zwar keine (Ruhe-)masse aber einen Impuls.
p = h / y
Die klassische Physik besagt, dass Impulstransport pro Zeit durch eine Fläche einem Druck entspricht. Weil etliche Milliarden von Photonen innerhalb von kürzester Zeit gleichzeitig durch die Sternschichten nach außen dringen, üben sie einen Druck auf das umliegende Gas aus. Das ist die grundlegende physikalische Beschreibung der Begrifflichkeiten.
Beste Grüße,
Nikolai
Hallo DunnoWhiAmI,
vorab: Das Thema Astrologie habe ich mal weggemacht. Mir zieht es als Astrophysiker die Schuhe aus, wenn jemand eine derartige Frage an einen dieser Horoskopschreiberlinge heranträgt - um nicht zu sagen: Ein Wissenschaftler empfindet es als Beleidigung seines Fachgebietes, mit einem derartigen Schmuh verwechselt zu werden.
Zweitens habe ich das Thema "Philosophie und Gesellschaft" entfernt, weil die Frage damit ähnlich viel zu tun hat, wie gewöhnlicher Vanillepudding. Die Philosophen werden sich nicht für Deine Physikhausaufgabe interessieren...
Dann:
Könnt ihr mir da Aushelfen und es darauf beziehen, warum ein Stern sich
zusammenziehen will? Also warum die Gravitation den Stern zum
Zusammenfall bringen würde?
Was erwartest Du denn von der Gravitation?
Die Gravitation ist eine anziehende Zentralkraft, die alle Massen zum gemeinsamen Schwerpunkt hin "fallen" lässt: Genau das ist der gravitative Kollaps eines Sternes. Wirken keine Kräfte entgegen, so können Massen gar nicht anders, als der Schwerkraft zu folgen. Sie mag eine schwache Kraft sein, aber sie ist unheimlich stur und lässt sich nicht abschirmen.
Strahlungsdruck, nun dazu brauche ich eine VERSTÄNDLICHE Erklärung, ich finde nur welche, welche ich leider nicht verstehe.
Es ist immer SEHR viel einfacher, wenn man sagt, WAS man nicht versteht. Die Formeln für den Strahlungsdruck sind hier zum Beispiel zusammengestellt:
http://www.pi2.uni-stuttgart.de/official/g.denninger/EXP_SS2004/PDF/strahlungsdruck.pdf
Vorstellbar wird der Strahlungsdruck eigentlich sehr gut im Teilchenbild: Photonen haben einen Impuls, den sie auf eine Fläche übertragen können.
Bei einem Stern wird im Kern durch die Fusion eine ganze Menge Energie freigesetzt... und zwar in Form hochenergetischer Strahlung: Die Photonen, die im Kern entstehen, haben Energie im Gammabereich des Spektrums. Auf dem Weg zur Sternoberfläche verlieren sie aber ständig etwas Energie durch Stöße mit den dicht gepackten Teilchen im Sterninneren: Diese Stöße führen einerseits dazu, dass die Lichtquanten ein paar tausend Jahre später(!) nurmehr als sichtbares Licht die Sternoberfläche erreichen, andererseits erzeugen sie eben einen Gegendruck von innen nach außen, der der Gravitation der jeweils darüber liegenden Sternmassen entgegenwirkt.
Und jetzt wäre es hilfreich, wenn Du sagst, was Du daran nicht verstehst.
Grüße
Also 1. Habe ich Astrologie da mit reingehauen, weil es im entferntesten noch etwas damit zu tun hat.
Ok, Meister DunnoWhoIAm, dann erkläre mir mal, was Gravitation und Strahlungsdruck mit dem Horoskop-Aberglauben zu tun haben sollen?
(PS: Habe grade gesehen, bei meiner letzten Astrophysik-Frage ist auch Politik dabei.. ich war das ganz sicher nicht, warum zur Hölle wird das dort automatisch eingesetzt?)
Wird es nicht; vielleicht hat sich da ein anderer User einen Scherz erlaubt oder hatte den Eindruck, dass das Thema in Richtung Politik ging. Themen ergänzen können nämlich alle User.
Themen löschen können nur die Platin- oder Diamantfraganten (und User-Mods).
Wenn Dir das mal wieder passiert: Stups mich oder einen anderen User mit diesem Level an, ich kann derartige ergänzte Themen, die Du nicht haben willst, jederzeit von Deinen Fragen wegmachen, ok?
=D
Da du etwas angesäuert wirkst,
Sorry... aber mit Horoskopscharlatanen in einen Topf geworfen zu werden, das stößt einem Physiker halt sauer auf. Nur so als Tipp für die Zukunft...
Und das mit dem Hinweis, dass Du bessere Antworten bekommst, wenn Du uns etwas genauer sagst, WAS Du nicht verstehst, war als echte Hilfe gedacht. Es ist oft sehr viel schwerer, eine Frage zu beantworten, wenn man nicht genau gesagt bekommt, wo eigentlich das Problem ist.
Ist doch bestimmt irgendwie einleuchtend, oder?
Also erst einmal bringen mir Formeln überhaupt nichts, weder zum
Verständnis noch für sonst irgendetwas, da ich keine Formeln in der Schule verwenden muss. Zudem kommt, dass es für mich , in der 10. Klasse nicht grade einfach ist so etwas zu verstehen, wenn man weder über Photonen, noch sonst irgendwas geredet hat
Ok, DAS ist jetzt eine echte Hilfe für User, die Dir antworten wollen.
Auch wenn es mich wundert, dass Ihr in der 10. Klasse, nie gehört habt, dass sich Licht manchmal wie eine Welle, manchmal eher wie ein Strom aus Teilchen verhält.
Vielleicht hilft Dir aber schon dieser Hinweis: Es gibt Experimente und Beobachtungen, die man mit der Vorstellung, Licht sei eine Welle, nur schwer oder gar nicht verstehen kann. Den Strahlungsdruck kann man zum Beispiel leichter verstehen, wenn Licht so etwas wie ein einprasselnder Strom aus "Lichtteilchen" wäre. Dass ein solcher einprasselnder Strom aus Teilchen aus so was wie einen Druck auf eine Fläche, auf die er einprasselt, ausübt, das ist irgendwie intuitiv klar.
(Und um das zu ergänzen: Die Tatsache, dass Licht sich manchmal wie eine Welle, manchmal wie ein Teilchenstrom verhält, nennt man in der Physik den "Welle-Teilchen-Dualismus". Das wäre der zugehörige Fachausdruck. Wichtig: Der Begriff meint nicht, dass das Licht mal das eine, mal das andere ist. Der Begriff meint, dass Licht einfach etwas ist, was es in den Größenordnungen, in denen wir so denken (meist Mikrometer bis etliche Kilometer) einfach nicht gibt. Wir könnten sagen, Licht ist ein Hitzlibutz und diese Hitzlibutze verhalten sich in manchen Situationen wir Teilchen, in manchen Situationen wie Wellen, sind aber weder das eine noch das andere. Ungefähr klar?)
Im Wellenbild ist es schwieriger zu verstehen, warum eine Lichtwelle nicht nur Energie transportiert, sondern auch Impuls. Bei einer Schallwelle können wir es dagegen intuitiv nachvollziehen: Eine auf das Ohr eintreffende Schallwelle übt Druck auf das Trommelfell aus. Vielleicht hilft Dir bereits dieser recht simple (und etwas hinkende...) Vergleich?
Grüße
Auch wenn es mich wundert, dass Ihr in der 10. Klasse, nie gehört habt, dass sich Licht manchmal wie eine Welle, manchmal eher wie ein Strom aus Teilchen verhält.
Wellen/ Licht kommen erst dieses Jahr ran, wenn überhaupt, da unser Lehrer durchgehend krank ist und wenn er mal da ist nur die letzte Stunde wiederholt, und wir demnach noch bei der 2. Stunde des Jahres sind =)
Und, nochmal danke für die Erklärung =), habe es jetzt auf jeden Fall besser verstanden ^^
Im Grunde findet in einem Stern ein Kampf zwischen grundsätzlich 2 Kräften statt:
Die Gravitation versucht alles zusammenzuziehen. - Gravitation wird durch Masse "erzeugt" (daher werden im All Dinge ab einer gewissen Masse zu einer Kugel zusammengedrückt) - und da Sterne ziemlich viel Masse haben, ist auch ihre Gravitation entsprechend heftig.
Und der Strahlungsdruck, also im Grunde die Energie ("Licht") welche durch die Fusion im Kern entsteht, versucht nach aussen zu gelangen. - "Drückt" also gegen die Gravitation nach Aussen.
Bei einer (Super)nova gerät dieses Gleichgewicht ausser Kontrolle dadurch dass die Fusion versagt ("Treibstoff alle") bzw. nicht mehr genügend Energie aufbringen kann der Gravitation die Stirn zu bieten - der Stern fällt in sich zusammen.
Wenn er gross (bzw. massereich) genug ist, fällt er so schnell und heftig zusammen, dass er, ähnlich einem Gummiball der von einer Oberfläche abprallt, wieder auseinanderspringt -> Supernova-Explosion und sein Zentrum wird dabei derart verdichtet, dass es zum Neutronenstern oder gar Schwarzen Loch wird.
N´Abend - schaust du hier: https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/molekularbewegung-und-gasdruck
Und jetzt stelle dir die Gravitation noch als entgegengerichtete Kraft vor, die, abhängig von der Masse des Objekts, die "Größe des Behälters" bzw. die "Stärke seiner Außenwand" definiert ..... das wäre doch schon mal ein Anfang, oder?
Gruß
Also 1. Habe ich Astrologie da mit reingehauen, weil es im entferntesten noch etwas damit zu tun hat.
2. Habe ich keine Ahnung warum irgendwas mit Gesellschaft da angeblich drin gewesen ist, weil ich das ganz sicher nicht geschrieben habe. (PS: Habe grade gesehen, bei meiner letzten Astrophysik-Frage ist auch Politik dabei.. ich war das ganz sicher nicht, warum zur Hölle wird das dort automatisch eingesetzt?)
3. Danke für die Erklärungen
4. Da du etwas angesäuert wirkst, kann ich dir gerne Sagen, was man daran nicht versteht. Also erst einmal bringen mir Formeln überhaupt nichts, weder zum Verständnis noch für sonst irgendetwas, da ich keine Formeln in der Schule verwenden muss. Zudem kommt, dass es für mich , in der 10. Klasse nicht grade einfach ist so etwas zu verstehen, wenn man weder über Photonen, noch sonst irgendwas geredet hat