Wieso muss eine Rakete auf 40000 km/h beschleunigen, um das Gravitationsfeld der Erde zu verlassen, während...?
ein Mensch einfach nur eine Leiter gemütlich hochkletern müsste, die hoch genug ist?
15 Antworten
Wenn ein Mensch "gemütlich" und langsam eine Leiter hochklettert, wendet er bei jedem Schritt Kraft auf - kontinuierlich.
Angenommen, er dürfte nur einmal beschleunigen - also hüpfen. Dann müsste er, um aus dem Schwerefeld der Errde zu gelangen, eine Anfangsgeschwindigkeit von 11,2 km/s erreichen. Sonst fällt er zurück.
Eine Mondrakete startet auch nicht mit dieser Geschwindigkeit - sie beschleunigt kontinuierlich, das heißt, wendet kontiniuierlich Kraft auf.
Na endlich eine Antwort die ich so auch bestätigen würde
Diese Antwort ist meines Erachtens bisher die beste von allen
Kinetische Energie (Geschwindigkeit) wird in potentielle Energie (Höhe) umgewandelt. Mit zunehmender Höhe nimmt jedoch die Erdanziehung (Gravitation) ab. Das Verhältnis ist 1/r^2. Hat ein Körper in Erdnähe genügen kinetische Energie (ca. 40.000 km/h), erreicht er eine unendliche Höhe, da die Erdanziehung mit zunehmender Höhe ja abnimmt. Er hat dann die „Fluchtgeschwindigkeit“ und kann nicht mehr zu Erde zurückfallen. Theoretisch könnte man auch über eine unendlich lange Leiter die Erde verlassen. Von Sprosse zu Sprosse nimmt aber auch hier die potentielle Energie zu. In Summe ist das dann auch für gleiche Energie, die man braucht.
In der Praxis ist es so, dass man die Energie in Form von an Masse gebundenen Brennstoff von vorne herein mitnehmen und das was man am Ende braucht, dann auch bis zum Ende mit beschleunigen muss. Deshalb ist der Brennstoffverbrauch und damit die Startmasse einer solchen Rakete extrem hoch. Derzeit verfügen wir noch nicht über ein System, das es uns erlaubt, die Rakete masselos* mit Treibstoff zu versorgen. Die Startmasse muss vom Boden abheben. So brauchen wir einen Startschub, der über der Startmasse liegt. Der Schub bleibt bis zum Brennschluss konstant. So nimmt die Beschleunigung der Rakete konstant zu, da der Brennstoff ja weniger wird. Mitunter muss man den Schub dann auch drosseln um mitgeführte Nutzlasten oder Systeme die später gebraucht werden nicht zu überlasten. Insbesondere bei bemannten Flügen ist die Maximalbeschleinigung begrenzt.
*beim Ionentriebwerk kann zwar die Energie masselos (Solartechnik) zugeführt werden, die Masse die den Schub (durch Ausstoß) ausübt muss aber dennoch von vorne herein an Bord sein.
Du kannst jederzeit gemütlich zum Mond laufen oder wo auch immer hin. Ein Körper, der unsere Gravitation überwinden muss, benötigt bestimmte Geschwindigkeiten, um ohne weitere Antriebskraft mit eben dieser Geschwindigkeit das Schwerefeld verlassen zu können.
siehe dazu: https://www.leifiphysik.de/mechanik/gravitationsgesetz-und-feld/kosmische-geschwindigkeiten
Da unsere Raketen nur für wenige Minuten Kraftstoff vorrätig haben, muss man diese in kurzer Zeit beschleunigen und ab dann bewegt man sich antriebslos weiter. Mit zunehmender Entfernung zur Erde würde diese Rakete langsamer.
Oder anders:
Du willst von Hamburg nach München mit dem Auto fahren. Du startest ab Hamburg Rathaus ud beschleunigst wie ein Irrer. Ab Hamburg-Harburg ist der Sprit alle, du stellst den Motor ab. Ab dann rollst du antriebslos bis nach München vor das Hofbräuhaus ;-) Das ist das, was die Raumfahrt machen muss.
Du kannst natürlich auch ganz normal die Autobahn nutzen. ;-)
Ja, man hat ja noch einen Anhänger, auf dem sich ein kleinerer Motor befindet, der aber erst nach Getriebeabwurf ab Hamburg Wilhelmsburg benutzt wird. ;-)
Mit der Stufentrennung wollte ich nicht noch zusätzliche Verwirrung stiften. Wobei modernere Designs keinen Motorabwurf vorsehen. ICh vermute, die meisten denken, dass man wie im Film dauernd die Triebwerke laufen lassen muss. Da gibt es auch spektakuläre Manver wie in der Luftfahrt... naja, Film halt.
Dieser Geschwindigkeits-Wert ist lediglich ein Maß dafür wie lange die Beschleunigung zeitlich aufrechterhalten werden muss, bis man der Erde entkommen ist. Wer in der Lage ist, dauerhaft zu beschleunigen, kann sich damit Zeit lassen.
Das Leitermännchen ist ein Beispiel dafür: es kann sich über die Leiter dauernd von der Erde abstoßen.
Wer aber überhaupt keine Möglichkeit hat, weiter zu beschleunigen, der hat besser schon vorher die Geschwindigkeit v erreicht, sonst wird er von der Erde wieder unsanft zurückgeholt.
Das muss die Rakete nicht - zwingend erforderlich ist die Geschwindigkeit für eine Kanonenkugel, die nach dem Abschuss keinen Antrieb mehr hat. Die Rakete könnte - so ihr Treibstoffproblem irgendwie gelöst würde - auch ganz gemütlich im Fußgängertempo von der Erde aufsteigen.
Dass Raketen nicht gemütlich aufsteigen: Da die Rakete keine Leiter hat, an der sie sich festhalten kann, verbraucht sie auch ganz ohne Beschleunigung schon massenhaft Treibstoff.
Und nachdem der Motor aus ist wirft man den samt Getriebe ab. :-)