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Stimmt diese Planetenlaufbahn-Approximation?

Heyy ich versuche seit einiger Zeit mit Python eine Animation für die Laufbahn von der Erde zu erstellen, aber ich wundere mich, ob mein Ansatz stimmt. 🤔

Ich will ein Python Programm erstellen, wo ich den Exponenten des Radius im Gravitationsgesetz ändern und somit neue Umlaufbahnen zeichnen kann. Dabei stütze ich mich auf die Formel: F = G * (m1 * m2)/r^x. Ich bin mir nicht sicher, ob mein Programm korrekte Laufbahnen zeichnet, da ich nicht sonderlich gut in Physik bin. Der Grundgedanke kann ich nachvollziehen: Bei abnehmender Kraft, wird die Umlaufbahn grösser. Aber ist es normal, dass die Umlaufbahn der Erde bei einer kleinen Exponenten-Änderung von 2 auf 2.02 so viel grösser wird? Falls ja, warum ist das so?

Danke im Voraus für eure Hilfe! 😊

LG Leonie

Ein Quadrat entspricht hier einer astronomischen Einheit.

Hier ist mein Programm:

Ich verwende für meine Animation pygame.

import pygame
import sys
import math

Das sind die Konstanten, die ich verwende und die Startwerte:

G = 6.67430e-11
M_SUN = 1.989e30 
M_EARTH = 5.972e24
AU = 1.496e11
TIME_STEP = 43200
x = AU
y = 0
vx = 0
vy = 29780
exp_r = float(input"Exponent:"))

Die Erstellung des Fensters:

pygame.init()
WIDTH, HEIGHT = 800, 800
SCALE = WIDTH / (20 * AU)  # Maßstab für die Darstellung
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
clock = pygame.time.Clock()

Mit RK4 approximiere ich die Laufbahn der Erde. Hier sind die Funktionen:

def runge_kutta4(t, state, dt):
    k1 = deriv(t, state)
    k2 = deriv(t + 0.5 * dt, [state[i] + 0.5 * dt * k1[i] for i in range(4)])
    k3 = deriv(t + 0.5 * dt, [state[i] + 0.5 * dt * k2[i] for i in range(4)])
    k4 = deriv(t + dt, [state[i] + dt * k3[i] for i in range(4)])
    return [state[i] + (dt / 6) * (k1[i] + 2 * k2[i] + 2 * k3[i] + k4[i]) for i in range(4)]

def draw_grid():
    grid_size = AU * SCALE
    half_width = WIDTH // 2
    half_height = HEIGHT // 2
 
    for i in range(-19, 20):
        x_pos = int(half_width + i * grid_size)
        pygame.draw.line(screen, (50, 50, 50), (x_pos, 0), (x_pos, HEIGHT))
 
    for i in range(-19, 20):
        y_pos = int(half_height + i * grid_size)
        pygame.draw.line(screen, (50, 50, 50), (0, y_pos), (WIDTH, y_pos))

Hauptschleife:

running = True
t = 0
earth_path = []


while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False

    state = [x, y, vx, vy]
    x, y, vx, vy = runge_kutta4(t, state, TIME_STEP)
    t += TIME_STEP

    draw_x = int(WIDTH / 2 + x * SCALE)
    draw_y = int(HEIGHT / 2 + y * SCALE)
    earth_path.append((draw_x, draw_y))

    screen.fill((0, 0, 0))
    draw_grid()
    pygame.draw.circle(screen, (255, 255, 0), (WIDTH // 2, HEIGHT // 2), 20)
    pygame.draw.circle(screen, (0, 0, 255), (draw_x, draw_y), 5)

    for px, py in earth_path:
        pygame.draw.circle(screen, (0, 255, 0), (px, py), 1)

    pygame.display.flip()
    clock.tick(60)

pygame.quit()
sys.exit()
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Wirkt nur bei einer entsprechenden Radialgeschwindigkeit bei einem Planeten eine Kraft Richtung Pol und eine Richtung Äquator?

Ich habe das Thema mit meinem Physiklehrer am Freitag zwei Stunden lang diskutiert und wir sind nicht zu einem Konsens gekommen bzw. ich habe es nicht ganz verstanden. Dieser Kreis sei der Querschnitt einer Kugel/der Erde. Die Gravitation bzw. Gewichtskraft (rot) und die Zebtripitalkraft (pink) [ich habe den Unterschied zwischen Zentrifugalkraft und Zebtripitalkraft immer noch nicht ganz verstanden] ergeben durch Kräftaddtition die orange Kraft. Diese wiederum ergibt in Kräftaddtition mit der Normalkraft bzw. den Oberflächenwiderstand mit dem.selben Betrag wie der Gewichtskraft (blau) die grüne Kraft soweit so gut [Wenn ich das mit der Kräftaddtition von drei Kräften richtig verstanden habe]. Wenn ich alle Kräfte an einem kg mit den Maßen der Erde ausrechnen sind die Zebtripitalkräfte so klein das man das Kräftediagramm geometrisch nicht mehr richtig hinbekommt, aber es zeigt sich das beide resultierenden grünen Kräfte definitiv nach oben zeigen, außer wenn man einen weiteren Punkt sehr dicht am Äquator nimmt dann müsste der Pfeil leicht nach unten zeigen. Wenn ich es jetzt wie hier nicht maßstabsgetreu mache, oder äquivalent dazu größer Radialkräfte einführe (außer das Zebtripitalkraft und Gewichtskraft ungefähr den selben Betrag haben und die Zentripitalkraft oben kleiner ist), dann zeigt sich das der obere grüne Pfeil beim Punkt oben leicht nach oben zeigt und der untere grüne Pfeil bei unteren Punkt leicht nach unten zeigt, dies irritiert mich etwas. Was bedeutet das? Bedeutet das das Wasser oder Luftmassen gleichzeitig zu den Polen und zum Äquator hingezogen werden [erstmal ohne die zusätzliche vektrorielle Ausrichtung durch die Corrioliskraft]. Weil wenn ich mich in der Mitte einen Graden grünen Pfeil vorstelle dann hat dieser ja die Größte Länge also könnte man auch zu der Logik kommen je kleiner der Pfeil desto kleiner die Kraft die aufgewendet werden muss um Luft und Wasser am Ort und Stelle zu halten weswegen das Wasser/Luft in der Mitte den energetisch besten Zustand finden sollte und sich folglich zu den Polen und zum Äquator bewegen müsste. Wie gesagt ich bin noch etwas verwirrt vielleicht kann jemand das mal klarstellen. Es steht auch die Frage im Raum welches nun den größere Einflussgröße von Meeresströmungen ist die Corrioliskraft und die Zentripitalkraft oder wirklich Temperaturunterschiede weil ich würde das eher so interpretieren das die Temperaturdifferenz nicht maßgebend für Meeresströmungen ist sondern eher mehr für die Temperaturzirkulation.

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Mathematik, Kraft, Geografie, Gravitation, Mechanik

Kann mir irgendwer diese physikalische Theorie wiederlegen?

Statt Raumzeit als kontingente Geometrie oder als eine statische „Mathematik“ zu behandeln, stelle ich mir vor, dass die gesamte Struktur des Universums auf einem „Grundpotenzial“ basiert. Dieses „Feld der Ätherischen Potenziale“ (FÄP) ist ein nicht-visuelles, nicht-lokales, dynamisches Feld, das allen fundamentalen Kräften zugrunde liegt. Anders als die Raumzeit als Vektorfeld oder die Quantenfluktuationen als Teilchenwellen, wäre das FÄP eine Art „unsichtbares“ Medium, in dem sowohl die Gravitation als auch die Quantenfelder ihre Entsprechung finden.

Das FÄP ist weder vollständig lokal noch vollständig global – es ist ein Übergangszustand zwischen diesen beiden Konzepten. Auf kleinen Skalen (quantenmechanisch) ist es völlig chaotisch und probabilistisch, auf großen Skalen (gravitativ) ergibt sich daraus die klassische In diesem Modell ist das Universum nicht aus Teilchen oder Wellen aufgebaut, sondern aus Potenzialen, die durch Wechselwirkungen in einem Quantenfeld entstehen. Diese Potenziale sind keine „Dinge“ im klassischen Sinne, sondern eher dynamische Felder, die in ständigem Wandel und Austausch mit der Umgebung stehen. Anstatt Teilchen als fundamental zu betrachten, betrachte ich diese Potenziale als die grundlegenden Träger von Information und Energie.

Stell dir vor, dass alle “Teilchen” – Elektronen, Quarks, etc. – Manifestationen dieses Potenzials sind, die durch lokale Verdichtungen oder Schwingungen des FÄP erzeugt werden. Diese Manifestationen sind nicht unabhängig voneinander, sondern entstehen durch die Wechselwirkungen des FÄP mit anderen Quantenpotenzialen.

Raum und Zeit in meiner Theorie sind nicht als gegebene, starre Struktur zu verstehen, sondern als flexible Dimensionen, die durch die Dynamik des FÄP selbst bestimmt werden. Raumzeit ist nicht eine statische Geometrie, sondern ein emergentes, fluktuierendes Konstrukt, das in einem ständigen Zustand von Selbstorganisationsprozessen existiert.

• Auf großen Skalen (Makroskopisch) könnte die Dynamik dieses Feldes „klassisch“ erscheinen: Wir erleben die Raumzeit als eine kontinuierliche, gekrümmte Struktur, die durch Gravitation bestimmt wird.

• Auf kleinen Skalen (Mikroskopisch) jedoch zeigt sich die Raumzeit als eine “fraktale” Struktur, die aus wiederholenden, selbstähnlichen Mustern von Quantenpotenzialen besteht. Diese Quantenpotenziale können plötzlich ihre Struktur ändern, was zu sogenannten “Raum-Zeit-Verwerfungen” führt, die als Quantenfluktuationen sichtbar werden.

In dieser Theorie ist Gravitation nicht die Wirkung einer Masse auf die Geometrie der Raumzeit, sondern eine Wechselwirkung der Quantenpotenziale miteinander. Anstatt die Raumzeit zu „krümmen“ wie in der allgemeinen Relativitätstheorie, verursachen massive Objekte lokale Fluktuationen im FÄP, die auf die Bewegung von anderen Quantenpotenzialen einwirken.

Diese Fluktuationen im FÄP beeinflussen, wie Quantenpotenziale miteinander wechselwirken, und manifestieren sich als die Schwerkraft. Es handelt sich um eine Art von Wechselwirkung, die in der Quantenmechanik nicht als „Kraft“ beschrieben wird, sondern als eine Änderung der Eigenschaften des Potenzials selbst. Auf großen Skalen zeigt sich dies als die „krümmende Wirkung“ der Schwerkraft, auf kleinen Skalen als Quantenfluktuationen.

Ein weiteres Schlüsselprinzip in dieser Theorie ist, dass jede Wechselwirkung nicht nur lokal ist, sondern auch mit allen anderen Punkten im Universum verknüpft ist, auf eine Weise, die die Entropie der Raumzeit beeinflusst. Quantenpotenziale und deren Wechselwirkungen führen zu einer „Holografischen Entropie“, die die gesamte Information im Universum speichert. Diese Information wird nicht in Teilchen oder klassischen Feldern kodiert, sondern in den Dynamiken des FÄP selbst.

Was wir als „lokale Realität“ erleben, ist im Wesentlichen das Ergebnis eines globale Netzwerks von Verbindungen, die ständig in Bewegung sind und die Struktur von Raum und Zeit dynamisch erzeugen. Jede Bewegung, jede Wechselwirkung in einem Bereich des Universums beeinflusst in gewissem Maße die Struktur an einem völlig anderen Ort.

Die Kausalität in meiner Theorie ist nicht-lokal und kann als eine Art „Fluss“ von Informationen verstanden werden, die durch die Potenziale des FÄP vermittelt werden. Jeder Punkt im Universum ist mit jedem anderen Punkt verbunden, auch wenn diese Verbindung nicht immer direkt wahrgenommen werden kann. Informationen über den Zustand eines Systems werden nicht über klassische, lokale Bahnen übertragen, sondern über ein universelles Informationsfeld (das FÄP), das überall im Universum präsent ist.

Astrophysik, Atom, Gravitation, Quantenphysik, Relativitätstheorie

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