Welche Kräfte wirken im Weltall, dass sich ein Körper (zB. die Erde) in seiner Umlaufbahn bleibt?
Neulich hatten mehrere Schüler, inklusive ich, eine disskussion mit dem Physiklehrer da er behauptete die fliehkraft würde nicht dazu beitragen, dass die erde in ihrer umlaufbahn um die sonne bleibt. Er sagte uns es gäbe nur die gravitation. Aber es MUSS eine ausgleichende Kraft wirken oder? selbst das Knternet bestätigt das. Doch der Lehrer blieb hartnäckig und brach die Diskussion abprubt ab...
Wirkt die Fliehkraft nun oder nicht und wenn nicht, welche Kraft ist es dann???
8 Antworten
Steht ja schon alles hier. Aber zusammenfassend:
* es wirkt nur die Gravitationskraft
* Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft und existiert nur in beschleunigten Bezugssystemen. Die "wahre" Kraft ist die Zentripetalkraft und das ist hier die Gravitation.
* Durch die Trägheit der Masse entstehen Kreisbewegungen etc. Die Trägheitskraft ist aber wiederum eine reine Scheinkraft.
Rechne das Ganze einfach im Inertialsystem: Sonne als Mittelpunkt. Dann entfallen alle Scheinkräfte und die Gravitation bleibt als einziges übrig.
Was heisst sinnlos? Die Wahl eines geeigneten Bezugssystems erleichtert einem doch das Leben. Und wir reden hier von klassischer Mechanik auf Mittelstufenniveau.
Stell dir vor, du würdest mit Pfeil und Bogen einen Pfeil mit unglaublicher Geschwindigkeit geradeaus schießen. Hättest, wie im Weltall keinen Luftwiderstand, gäbe es nichts, was ihn bremst und er würde seine Geschwindigkeit unverändert beibehalten.
Allerdings würde die Erdanziehungskraft ihn langsam aber sicher zu Boden ziehen. Wenn der Pfeil nun allerdings schnell genug ist, kommt irgendwann die Erdkrümmung ins Spiel. Ohne Gravitation würde der Pfeil geradeaus ins All hinaus fliegen, aber wenn ihn die Erde im selben Maße anzieht, reicht es gerade so aus, um seinen Abstand zum Boden zu halten.
Der Pfeil fällt also, während sich die Erde unter ihm wegdreht. Auf diese Weise kann er im Grunde endlos weiter fliegen.
Ein interessantes Detail am Rande ist, dass fallende Objekte sich verhalten, als wäre sie in der Schwerelosigkeit. Der Grund warum man in einer Raumstation schwerelos ist, ist nicht der, dass es da oben keine Erdanziehungskraft mehr gibt. Ganz im Gegenteil. Würdest du einen so hohen Turm bauen, könntest du dort oben mit fast unverändertem Gewicht entlang laufen. Der Grund, warum du schwerelos bist, ist einfach der freie Fall.
Interessant, oder?
Eine ewige philosophische Debatte; glaub was du willst. Diese Ansicht stützt sich auf folgendes Argument. Der Trägheitssatz besagt, dass sich ein Kräfte freier Körper geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Die Geschwindigkeit ist eine vektorielle Größe; Konstanz bedeutet hier: Konstanz nach Betrag UND Richtung.
So gesehen ändert sich bei einer Kreisbewegung ZU MINDEST die Richtung des Geschwindigkeitsvektors; die Summe der Kräfte ist dann nicht mehr Null. Und dann entfällt jegliche Daseinsberechtigung für eine Fliehkraft, weil ja sowieso kein Kräftegleichgewicht mehr herrscht.
So gesehen ändert sich bei einer Kreisbewegung ZU MINDEST die Richtung des Geschwindigkeitsvektors; die Summe der Kräfte ist dann nicht mehr Null.
Weil sich die Richtung des Geschwindigkeitsvektors ständig ändert, darum ändert sich auch ständig die Richtung des zugehörigen Beschleunigungsvektors in einer Kreisbewegung. Aber genau auf diese Weise ensteht ja die Fliehkraft. Die Zentrifugalbeschleunigung ist immer die zusammengesetzte Beschleunigung aus zwei kartesischen Komponten, die aus der reinen Massenträgheit folgen. Die resultierende Kraft zeigt in ihrer Summe immer nach aussen in die radiale Richtung. Zusammen mit der Gravitationskraft, die radial immer nach innen zeigt ergibt sich hier ein Kräftegleichgewicht und damit auch ein stabile Orbitalbahn.
Ich erläutertete dir doch grade den Trägheitssatz. Aus Kräftegleichgewicht folgt immer geradlinig gleichförmige Bewegung. Und nicht Kreisbewegung. Oder willst du mir jetzt auch erzählen, dass auch, sagen wir, bei der Spiralbewegung Gleichgewicht herrscht? Welche Wünsche hättest du denn diesbezüglich noch?
Schöne Antworten hier :-)
Volumenkräfte sind Bezugssystemabhängig, es gibt also zwei Antworten
1) System Sonne: Hier wirkt eine Kraft auf die Erde, die Geavitationskraft , diese ändert ständig die Richtung der Erde, sie fliegt im Kreis (fast), eine Zentrifugalkraft gibt es nicht.
2) rotierendes System Erde. In ihrem eigenen Bezugssystem ruht die Erde , die Summe der Kräfte ist 0, zusätzlich gibt es hier also eine zweite Kraft, die Zentrifugalkraft, die der Gravitationskraft das Gleichgewicht hält. Da das Zenzrofugalfeld aber zylindersymmetrisch ist, das Gravitationsfeld aber punktsymmetrisch, ist die Summe nur am Schwerpunkt 0, ansonsten nicht, an den Rändern der Erde ist die Summe nicht 0, diese Differenz der Kräfte nennt man Gezeiten, sie suchen die Erde zu verformen.
Bei der Fliehkraft handelt es sich um eine Scheinkraft. Es wirkt die Gravitationskraft der Sonne, welche die Erde zu sich hinzieht und die Zentripetalkraft, bedingt durch die Trägheit der Erde, welche "geradeaus weiter fliegen möchte" und immer in Flugrichtung wirkt. man kann also sagen, dass die Erde immer an der Sonne "vorbeifällt". Achso und Physiklehrer achten teilweise sehr genau auf Formulierung und so, obwohl ihnen genau bewusst ist was ein Schüler sagen will.
seit 1916 und Einsteins allgemeiner RT ist klar, dass der Unterschied zwischen wahren und scheinbaren Kräften sinnlos ist, zumindest zwischen allen feldinduzierten Kräften. Die Äquivalenz von schwerer und träger Masse beschreibt genau das, nämlich dass sich ein Gravitationsfeld lokal nicht von einem Trägheitsfeld unterscheiden lässt, weil man beide durch Bezugssystemwechsel wegrransformieren kann. Richtig ist hingegen , dass man je nach Situation das Bezugssystem wählt, indem die Rechnung einfach wird, eine physikalische Notwendigkeit gibt es nicht. Die einzigen wahren Kräfte , wenn man so will, sind Oberflächenkräfte, welche die Körper unter mechanische Spannung setzen, hier ändert sich der Spannungstensor nicht, wenn man das Bezugssystem wechselt.