wie kann ein Satellit physikalisch auf einem Punkt schweben?

5 Antworten

Ein Satellit kreist um die Erde gerade wegen der Anziehungskraft. Die Erde zieht den Satelliten an aber gleichzeitig wird er auch durch die Zentrifugalkraft von der Erde weggedrückt. Beides gleicht sich aus, so dass der Satellit nicht auf die Erde fällt aber auch nicht davon fliegt. In 36000 km Höhe ist die Geschwindigkeit, die der Satellit haben muss, um eine konstante Entfernung zur Erde zu behalten gerade so hoch, dass er ca. 24 Stunden braucht, um die Erde einmal zu umkreisen. Also genau so lange wie die Erdoberfläche. Daher bleibt er immer über dem selben Ort stehen.

Dass die Masse der Satelliten viel geringer ist spielt keine Rolle.

Das verstehe ich nicht, Spionagesatelliten müssen um die Erde fliegen, um woanders zu spionieren, doch ein Fernsehsatellit darf nicht um die Erde fliegen, sondern muss immer an einem ganz exakten Punkt stehen, sonst könntest du deine Schüssel nicht darauf ausrichten und Programme empfangen? Ich verstehe auch nicht, welche Fliehkraft der Satellit haben soll, wenn er mit der Erde nicht verbunden ist? Wenn ich mich drehe und an einer Schnur einen Stein um mich herum mitdrehe, dann entsteht am Stein ein Fliehkraft durch meine Drehbewegung und durch die feste Verbindung zwischen mir und dem Stein. Der Satellit hat aber keine feste Verbindung zur Erde und die Erde würde sich mit 1.600 km/h pro Stunde unter dem Satelliten hinweg drehen, also keine Fliehkraft und keine starre Position für's Fernsehprogramm? Wie funktioniert das wirklich?

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@Grafvonberga

Bei einem Stein entsteht die Fliehkraft, weil die Schnur eine Kraft auf den Stein ausübt. Eine Kraft in Richtung Zentrum der Drehbewegung.

Bei einem Satelliten wird die Kraft durch die Gravitation ausgeübt. Eine feste Verbindung ist nicht nötig.

Wie schnell sich der Satellit bewegt hängt mit seiner Höhe zusammen. Wenn sich z.B. ein Triebwerk am Satelliten befindet und dieses Triebwerk wird gezündet, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, dann erhöht sich dabei automatisch die Umlaufbahn. Denn wenn man die Geschwindigkeit verändert, verändert sich damit auch der Punkt an dem Gravitation und Zentrifugalkraft im Gleichgewicht sind.

Spionage Satelliten fliegen langsamer und daher auch niedriger. Dadurch benötigen sie weniger Zeit für eine Umlaufbahn, denn sie müssen ja eine viel geringer Strecke zurücklegen, als ein Satellit in einer hohen Umlaufbahn. Ausserdem ist die Gravitation in der Nähe der Erde stärker als in der Entfernung in der sich Fernsehsatelliten befinden (36000 km). Wird die Gravitation stärker müssen die Satelliten auch wieder schneller sein um das Gleichgewicht zu halten.

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@Spiderpig42

Ich habe meine Frage noch nicht beantwortet bekommen. Am Stein entsteht eine Fliehkraft, das habe ich ja als Beispiel gebracht, doch die Kraft wirkt nicht wie von dir dargestellt, in Richtung Zentrum der Drehbewegung, also zu mir, sondern genau entgegengesetzt, von mir weg. Sobald ich die Schnur vom Stein loslasse, fliegt er von mir weg. Sobald keine feste Verbindung besteht, besteht auch keine Fliehkraft und die Gravitation, also die Erdanziehung hört nicht in 36 km Höhe auf, hört auch nicht im luftleeren Raum oberhalb der Atmosphäre auf, sondern wirkt sehr viel weiter ins All, deshalb reagieren ja unsere Weltmeere auf die viel schwächere Masse und Anziehungskraft des Mondes. Wir haben also lediglich die Erdanziehung und keine Fliehkraft, da keine Verbindung mit der sich drehenden Erde besteht. Sonst müsste sich der Mond ja auch irgendwann auf einer Umlaufbahn der Erde befinden und nicht seine eigenen Elipsen schlagen, denn die Erde hat mehr Masse und müsste ihn anziehen und dann ist noch nicht klar, wieso eine exakte höhere Geschwindigkeit am Satelliten entsteht und wodurch, damit dieser außerhalb und ohne Verbindung zur Erde in entsprechender Geschwindigkeit gelangt, um genau über einem Punkt der Erde sozusagen stehen zu bleiben? Wenn du etwas hoch wirfst, kommt es wieder runter. Wenn du so viel Kraft hättest, es viele Kilometer in die Luft zu werfen, kommt es auch wieder runter, wie ein Projektil einer Waffe zum Beispiel und wenn wir noch mehr Kraft aufwenden und eine Rakete anbauen, um noch höher zu werfen, muss das Ding auch wieder runter kommen. Ab welcher Höhe sollen denn die physikalischen Gesetze aufgrund wessen außer Kraft gesetzt sein? Wieso ist das so schwer, mir das plausibel zu erklären?

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@Spiderpig42

Ein Satellit im L(ow) E(arth) O(rbit) LEO bewegt sich mit einer Bahngeschwindigkeit von 7m/s oder etwa 25.000 km/h, was mehr als doppekt so schnell ist wie die Geschwindigkeit, die im geostationären Orbit erforderlich ist. Das ist auch völlig logisch, da ein niedrig fliegender Satellit eine deutlich höhere Gravitationskraft erfährt. Er muss also schneller und nicht langsamer fliegen, um das auszugleichen.

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@DerRoll

Woher nimmt der Satellit die ständige Energie, egal ob niedriger oder höher fliegend, egal mit welcher Geschwindigkeit, um diese konstant zu halten und nicht näher an die Erde gezogen zu werden? Er muss ja Triebwerke haben, die ständig im Einsatz sind, nicht nur zur Korrektur der Laufbahn.

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@Grafvonberga

Nein. Ein gleichmässig bewegtes Objekt im Weltall braucht keine Energiezufuhr.

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@DerRoll

Da die Anziehungskraft der Erde immer noch auf den Satelliten wirkt und das auch außerhalb der Atmosphäre, muss eine Gegenkraft aufgebracht werden, damit der Satellit nicht wieder von der Erde angezogen wird, egal, ob er sich noch in der Atmosphäre oder außerhalb dieser befindet. Die Gravitation wirkt auch im leeren Raum, sonst würde es keine Gezeiten durch den Mond verursacht geben. Da stimmt was nicht. Du schreibst, "ein gleichmäßig bewegtes Objekt", ja welche Kraft bewegt es denn gleichmäßig? Durch die Anziehungskräfte ist alles mit allem im Universum verbunden und mir wird in diesem Forum erklärt, dass nicht nur die Erdanziehung, sondern auch die Anziehung des Mondes und der Sonne eine Rolle spielt bei der Laufbahn der Satelliten. Also fliegt nichts im All ohne von größeren Massen angezogen zu werden und in so wenig Entfernung zur Erde zieht diese alle Objekte an, die einmal in Bewegung gesetzt durchs All fliegen. Von der Erde angezogen verglühen die Objekte dann als Sternschnuppen beim Eintritt in die Erdatmosphäre. Auf wikipedia lese ich über Satelliten nur, dass sie einen Reservevorrat an Treibstoff haben, um Korrekturen auszuführen, während die Energie für die elektrischen Funktionen aus Solarzellen gewonnen wird. Das ist mir jedoch völlig unlogisch und nicht schlüssig, dass so wenige km von der riesigen Erde entfernt ein Satellit keine ständige Gegenenergie aufbringen müsste, um nicht weiter zur Erde hin gezogen zu werden, sprich, runter zu fallen? Dann wäre die Erdanziehung so gering und die des Mondes in viel größerer Entfernung noch viel geringer, dass dieser niemals Aberbillionen Tonnen Wasser der hiesigen Weltmeere in ständiger Bewegung bringen könnte.

Da fehlt mir völlig die Verhältnismäßigkeit.

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@Grafvonberga

Der Satellit wird über die Trägerrakete auf die für eine Umlaufbahn erforderliche Geschwindigkeit gebracht. Er verliert diese Geschwindigkeit nicht mehr, solange er nicht versucht sich über den tangentialen Weg hinweg von der Erde weg zu bewegen. Tatsächlich trägt die Gravitationskraft sogar zur Beschleunigung seiner Bahngeschwindigkeit bei, man kann sich das tatsächlich so vorstellen, dass der Satellit regelmäßig auf die Erde herunter fällt, die Erde aber eben durch seinen tangentialen Geschwindigkeitsanteil immer wieder an ihr vorbei fällt. Insgesamt befindet sich der Satellit mit seiner Bewegung im Orbit in einem Kräftegleichgewicht. Und was das ist wirst du dir wieder selbst erarbeiten müssen. Sorry, ohne physikalische Grundlagen geht es halt nicht. Du stellst eine komplexe Frage, da gibt es keine einfachen Antworten.

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@Grafvonberga
Sonst müsste sich der Mond ja auch irgendwann auf einer Umlaufbahn der Erde befinden und nicht seine eigenen Elipsen schlagen, denn die Erde hat mehr Masse und müsste ihn anziehen

Der Mond befindet sich auf einer Umlaufbahn um die Erde und 'schlägt keine eigenen Ellipsen'.

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Ein Satellit schwebt überhaupt nicht. Er fällt herunter, wie es sich gehört. Allerdings bewegt er sich auch recht schnell horizontal, und zwar so schnell, dass er die Erde immer verfehlt. Wenn er "unten" ankommt, ist da schon gar keine Erde mehr. Er fällt also gewissermaßen immer um die Erde herum. (Wird er allerdings zu langsam, etwa durch Luftreibung, dann erwischt er die Erde irgendwann doch.)

Wie schnell das geht, hängt von der Höhe ab. Bei 36000 km über der Erdoberfläche braucht er genau einen Tag. Wenn er dann über dem Äquator steht, kann er sich also tatsächlich immer genau über dem gleichen Ort der Erdoberfläche befinden. Aber nur, wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind (Höhe und äquatoriale Bahn). In allen anderen Fällen wird er seine Position mit Bezug zur Erdoberfläche laufend verändern.

Ein Satellit hat eine Eigengeschwindigkeit, die ihn tangential von der Erde weg bewegt. Gleichzeitig übt die Erde durch die Gravitation eine Kraft auf den Satelliten aus. Eine Umlaufbahn wird erreicht, wenn sich Geschwindigkeit und Gravitationskraft so addieren, dass eine geschlossene Bahn entsteht. Je nach Höhe des Orbits ist dabei eine andere Geschwindigkeit erforderlich.

Die

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Geosynchrone_Umlaufbahn

liegt in der Höhe, in der die Winkelgeschwindigkeit des Satelliten genau der Rotation der Erde entspricht. Das der Satellit dabei "festgenagelt" erscheint, ist nur für den Beobachter auf der Erde der Fall. Der bekommt nämlich auch die Erddrehung nicht mit, da er sich ja auf ihr befindet. In Wirklichkeit bewegt sich der Satellit sogar mit einer sehr hohen Bahngeschwindigkeit, nämlich mit über 11.000 km/h.

Danke auch dir für deine Zeit und wieder ein wikipedia Verweis, was ich ja nicht verstehe. Wenn ich ein Objekt in Eigenbewegung habe und dieses in die Nähe der Erdanziehung fliegt, kann die Eigenbewegung die Erdanziehung ausgleichen und das Objekt saust in bestimmter Höhe um die Erde. Das ist mir klar. Um diese Entfernung und diesen Zustand zu halten, muss die Gegenkraft zur Gravitation der Erde in Form von Eigengeschwindigkeit des Objektes, hier der Satellit, konstant gehalten werden, es muss also ein ständiger gleichmäßiger Kraftschub vorhanden sein und nicht nur ab und an mal ein Korrekturschub. Wenn dem so ist, was ich nicht weiß, mit welchem Treibstoff fliegen die Satelliten denn über Jahre hinweg mit welchem Motorsystem ohne Ausfälle? Ein Perpetuum Mobile hat der Mensch noch nicht erfunden, weder am Boden noch in der Luft, dass sich irgendwas nur einmal angeschoben auf immer eine Eigenbewegung macht, von welcher Kraft getrieben?

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@Grafvonberga

wie kommst du darauf dass ständig gleichmäßiger Kraftschub vorhanden sein muss? Die Geschwindigkeit tangential von der Erde weg wird doch durch die Überlagerung mit der Erdanziehung nicht geringer. Das dacht zwar Aristoteles, aber damit hat Newton aufgeräumt. Ich glaube, du musst dir erst mal ein paar Grundlagen über Kinematik und Gravitation aneignen, bevor wir weiter reden. Sonst bleibt nur ein ständiges "glaube ich nicht".

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@DerRoll

Ich weiß, dass viele Schlauköpfe durch alle Zeiten mit Vielem schon "aufgeräumt" haben, wie du schreibst. Das ist in allen Wissenschaften schon immer so gewesen, dass sich immer wieder geirrt wurde und nur wenn wieder mal jemand nicht einfach die letzte Theorie blind glaubte, sondern hinterfrug, kamen nicht selten neue Erkenntnisse ans Tageslicht und Irrtümer wurden sichtbar. Um Gottes Willen bin ich niemand, der Neues in der Wissenschaft entdecken oder aufstellen will, ich will nur verstehen und nicht einfach wikipedia Sätze und Formeln übernehmen, wenn mir Dinge unlogisch sind oder nicht ausreichend erklärt. Wenn das hier zu nervig ist, können wir gerne damit enden :-)

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@Grafvonberga

Verstehen kannst du nur, wenn du bereit bist dir die Formeln anzuschauen. Sonst wirst du mir schon glauben müssen. Physik ohne Mathematik geht nun mal nicht. Du hast eine seltsame Vorstellung von der wissenschaftlichen Arbeitsweise (die sich erst seit der Aufklärung langsam heraus gearbeitet hat). Wir diskutieren da einfach über verscheidene Welten.

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@Grafvonberga

Kraft ist erforderlich, um den Satelliten zu beschleunigen, also seine Geschwindigkeit zu verändern. Das tut die Erde laufend - sie beschleunigt den Satelliten in Richtung zu ihrem Mittelpunkt. Täte sie es nicht, würde der Satellit tangential wegfliegen und wäre verschwunden. Weitere Kräfte sind nicht erforderlich, außer ab und zu mal für eine Bahnkorrektur.

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Vermutlich sind hier geostationäre Satelliten gemeint, die Fernsehprogramme übertragen. Sie stehen nicht auf einem Punkt (nichts steht auf einem Punkt im Weltall, in welchem Inertialsystem sollte so ein Punkt auch sein?), sondern sie umkreisen die Erde in genau einem Tag, der Zeit in der auch die Erde eine Umdrehung macht. So erscheinen sie immer in derselben Richtung.

Sie fliegen nicht mit der Erde mit, sondern...

..um sie drumherum.

Auf exakt bestimmten Satellitenbahnen.

sorry, "auf bestimmten Satellitenbahnen" ist keine Antwort auf meine Frage, wie das physikalisch möglich ist? Außerdem müssen Fernsehsatelliten auf einem einzigen Punkt stehen, worauf die Antennen ausgerichtet werden und Spionagesatelliten zum Beispiel bewegen sich über verschiedene Gebiete bzw. Umlaufbahnen, aber meine Frage war, wie das funktioniert?

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@Grafvonberga
Ein geostationärer Satellit ist ein künstlicher Erdsatellit, der sich auf einer Kreisbahn 35.786 km über der Erdoberfläche über dem Äquator befindet. Dort befindet sich die geostationäre Umlaufbahn, d. h. dort stationierte Satelliten bewegen sich mit einer Winkelgeschwindigkeit von einer Erdumrundung pro Tag und folgen der Erdrotation mit einer Eigengeschwindigkeit von etwa 3,07 km/s. Dadurch befinden sich geostationäre Satelliten im Idealfall immer über demselben Punkt der Erdoberfläche bzw. des Äquators.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Geostationärer_Satellit

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@Roderic

Lieber Roderic, danke für deine Zeit, eine Antwort zu versuchen, doch dass dein Text auf wikipedia steht, erklärt mir noch nicht die physikalischen Grundlagen. Wieso bleibt ein Satellit oben in 35,786 km hängen, ohne weiter zu steigen und ohne wieder runter zu fallen und wie kann er die gleiche Geschwindigkeit mit der Erde halten, um somit an einem Punkt zu bleiben? Nicht nur in der Höhenachse, sondern auch ohne seitlicher Abweichung? Eine andere Antwort kam mir mit Zentrifugalkraft, also Fliehkraft, die aber nur auf verbundene Objekte wirkt, Wenn ich mich um meine Achse drehe und dich festhalte und du praktischerweise Rollschuhe an hast, ziehe ich dich um mich herum und du unterliegst einer Fliehkraft, doch sobald ich dich loslasse und wir keine feste Verbindung haben, fliegst du sozusagen ins All von mir weg und machst keinerlei Bewegung mehr um mich herum. Ferner sagen andere, das Gewicht des Satelliten spielt bei der Erdanziehung keine Rolle, das bräuchte man für eine Berechnung nicht. Auch das stimmt nicht. Klettere mal auf einen Turm oder ein Hochhaus und lass aus einer Hand einen Papierknäuel fallen und gleichzeitig aus deiner anderen Hand eine Eisenkugel. Wer kommt mit großem Abstand zuerst am Boden an? Also es kommt sehr wohl auf das Gewicht des Satelliten an, wie groß die Anziehungskraft der Erde auf ihn wirkt und dementsprechend müsste eine Fliehkraft wirken, um eine Höhe zu halten, doch die Fliehkraft ist nicht vorhanden, weil keine Verbindung vorhanden ist. Kannst du mir meine Frage tatsächlich logisch und plausibel erklären oder weißt du es auch nicht und verweist nur auf wikipedia? .

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@Grafvonberga

Deine Vergleiche passen nicht.

Hier auf der Erde haben wir eine Atmosphäre. Beim Fallen von unterschiedlich dichten Gegenständen spielt der Luftwiderstand eine erhebliche Rolle.

Sateliten werden nicht "festgehalten". Auf sie wirkt die Schwerkraft der Erde und zwingt sie auf eine Kreisbahn.

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@Grafvonberga

wenn du eine Holzkugel eine gleichgrosse Eisenkugel fallen läßt kommen beide gleichzeitig unten an. Das wissen wir spätestens seit

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei

1971 in der Mission Apollo 15 hat David Scott das Experiment eindrucksvoll auf dem Mond durchgeführt

https://www.welt.de/debatte/kolumnen/Fuenf-Minuten-Physik/article6059164/Die-Vogelfeder-auf-dem-Mond.html

E7nes deiner Probleme ist, dass du dir die ungeheuere Gravitationskraft, die die Erde mit ihrer Masse von 6x10^24kg ausübt nicht wirklich vorstellen kannst. Die Beispiele vom Rollschuhläufer und vom Ball an der Schnur, die davon fliegen, zeugen davon. Die Objekte fliegen davon, weil die Gravitationskraft, die ein Mensch mit einer Masse von 60-100kg auf solche Objekte ausübt geradezu winzig ist. Die Gravitationskraft der Erde IST eine unsichtbare Schnur, sonst würdest du auch davon fliegen.

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@DerRoll

Du schreibst von ungeheurer Kraft, die die Erde als Anziehungskraft auf mich und den Satelliten ausübt, die ich mir nicht vorstellen könnte und das wäre eins meiner Probleme. Mit deiner Antwort habe ich jetzt noch mehr Probleme, denn wie kann ich mich mit meinen wenigen schwachen Muskeln in Sprüngen sehr leicht von der Erde hoch bewegen, wenn die Anziehungskraft ungeheuer groß wäre? Obgleich sie theoretisch sehr groß sein müsste verglichen mit dem weit entfernten Mond mit weniger Gravitationskraft, der hier bei uns die Weltmeere in Bewegung setzt. Es ist fast unlogisch und doch wahr? Wenn ich meine Schwäche als Mensch mal außer acht lasse und trotzdem meine Beine zur Fortbewegung zum Gehen vom Magneten Erde losreißen kann und die ungeheure Anziehungskraft unterstelle, wie du schreibst, dann muss ich auch eine ungeheure Gegenkraft aufwenden, um etwas in der Luft schweben zu lassen. Wo kommt diese ungeheure ständige Gegenkraft her, die der Satellit aufwenden muss, um nicht wieder runter zu fallen?

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@Grafvonberga

Wie hoch kannst du springen? Das Delta in der Entfernung zum Erdmittelpunkt ist so gering, dass eine kleine Kraft ausreicht. Die Gegenkraft des Satelliten ist seine Eigenbewegung. Die muss eben gerade so gross sein, dass die überlagerte Bewegung, die durch die Gravitation der Erde und die Eigenbewegung entsteht in eine periodische Bahn gekrümmt wird.

Um das wirklich verstehen zu können, bleibt dir Rechnen und das Aneignen physikalischer Grundlagen nicht erspart.

Ein Beispiel wie solche Rechnungen aussehen findest du hier

https://www.allmystery.de/themen/gg48438-153#id18911413

Da habe ich vorgerechnet, warum von einem nassen Tennisball die Wassertropfen weg fliegen, während wir auf der Erde hängen bleiben.

Nebenbei schwebt ein Satellit nicht in der Luft.

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