Wie ist es physikalisch Möglich, dass man sich selbst anschaukelt ohne dabei den Boden zu berühren?
Wenn ein geschlossenes System im Weltall schwebt, so bringt es nichts von innen den Raum anzupusten, anzuschubsen, oder sonst wie zu versuchen wo hin zu bewegen, weil jede Aktion eine Gegenreaktion auslöst und alle Kräfte sich gegenseitig aufheben.
Auf der Schaukel allerdings ist es Möglich ohne etwas anderes als die Schaukel zu berühren - sich selbst hoch zu schaukeln.
Nun meine Frage: was ist der entscheidende Unterschied, wieso geht das eine, aber das andere nicht? Wieso bewirkt nicht alles, was du auf der Schaukel machst nicht gleichzeitig auch das Gegenteil so wie im Weltall, wieso heben sich da nicht alle Kräfte gegenseitig auf?
p.s.: Luftreibung ist nicht der Grund, man drückt sich eindeutig NICHT von der Luft ab.
7 Antworten
Bei einer rein translatorischen Bewegung ist dies auch nicht möglich. Wenn p = m • v der Impuls ist, dann lässt sich die Geschwindigkeit ja nur ändern, wenn man den Impuls ändert. Zwar kann man die Arme nach hinten werfen, der Körper bewegt sich nach vorne, da die Arme aber am Körper bleiben, müssen sie ihren Impuls auch wieder loswerden , und dies kommt dann wieder aus dem Rest des Körpers, insgesamt hat man ein Nulssummenspiel. Bei einer Rotation ist das anders, hier ist M = J • omega , Die Drehgeschwindigkeit omega lässt sich hier aber nicht nur mit einem Drehmoment M ändern, sondern auch durch ändern des Trägheitsmoments J. Dies hängt nämlich nicht nur von der Masse , sondern auch von der Massenverteilung ab. Dies wird beim Schaukeln durch das Anwinkeln und Ausstrecken der Beine bewerkstelligt. Man erzeugt eine Drehbewegung also auch ohne einen äußeren Einfluss. Deshalb können sich auch Raumstationen beliebig drehen, ohne eine Einwirkung von außen zu haben, also ohne Triebwerk.
Zunächst habe ich mich oben verschrieben, es ist L = J * omega, wobei L der Drehimpuls ist, nicht M gehört dorthin, sorry
Das Beispiel mit dem Schlittschuhläufer ist zum einfachen Erklären besser, weil hier das zusätzliche Gravitationsfeld auf der Schaukel keine Rolle spielt (die genaue Physik des Schaukelns ist nicht einfach, also:
Wenn der Eiskunstläufer die Arme anzieht, wird das Trägheitsmoment kleiner, sagen wir mal einfach auf die Hälfte, also von J auf J/2. Damit wird , weil der Drehimpuls L ja gleich bleibt, da kein Drehmoment von außen wirkt
aus L = J * omega einfach L = J/2 * (2 * omega).
Die Drehgeschwindigkeit wird also doppelt so groß. Die Rotationsenergie ist aber vorher
Erot = 1/2 * J * omega^2 und danach
Erot = 1/2 * J/2 * (2 * omega)^2 = 2 * 1/2 * J * omega^2, sie ist also doppelt so groß geworden. Wo kommt diese Energie her? Sie kommt vom Eiskunstläufer selbst, weil dieser die Arme anziehen muss.
Warum braucht man eigentlich Energie zum Anziehen der Arme? Die eleganteste Erklärung liefert Einstein: Seit 1916 weiß man, dass Gravitationsfelder und Trägheitsfelder lokal nicht unterscheidbar sind. Ein rotierender Körper ist also lokal wie ein Gravitationsfeld, die Zentrifugalkraft wirkt also genau wie die Schwerkraft, unten ist dabei da, wo die Zentrifugalkraft hinwirkt, das bedeutet nach außen ist also nach unten. Wenn man die Arme nun anzieht, muss man sie im Trägheitsfeld also nach "oben" ziehen, man verrichtet also Arbeit gegen ein Feld.
ah interessant.
Wenn ich das richtig sehe würde das bedeuten, dass man eine Schaukelbewegung verstärken kann, indem man z.B. eine Masse (z.B. die Arme) immer unten hochhebt (dadurch den Massenschwerpunkt richtung Drehachse verlagert, da die Seile ja die Gegenkraft sich selbst nach unten zu drücken aufnimmt) und dann bei den beiden Ausschlagmomenten wo man am höchsten ist dann wieder anzieht - stimmst du meiner Schlussfolgerung zu?
Das ist sehr einleuchtend, dass man dadurch sich selbst anschaukeln KANN - ich zumindest schaukel anders.
Ich hebe die Beine und senke den Oberkörper in der einen Ausschlagposition und in der anderen mache ichs umgekehrt.
Wenn ich das richtig sehe erklärt das was du geschrieben hast nicht, wieso das etwas nutzt, denn jeder Vorteil mittels Gewichtsverlagerung in der einen Hälfte der Pendelbewegung steht dem gleichen Maß an Nachteil in der anderen Hälfte der Pendelbewegung gegenüber - oder sehe ich das falsch?
Ich bin kein Physiker, weiss nur ein kleines bisschen von Physik, versuche es also ohne Formeln zu verstehen^^
Kann aber z.B. mit deiner letzten Rechnung tatsächlich etwas anfangen bzw genauer gesagt deiner Schlussfolgerung =)
genau der Umstand finde ich anschaulich besser erklärt, als physikalisch (auch wenn du Recht hast)
wenn die Zentrifugalkraft (die jeder schon gespürt haben sollte) die Arme nach aussen zieht macht es Arbeit die Arme nach innen zu ziehen
dafür braucht man kein Verständnis von Physik, um das zu verstehen^^
bei der Schauckel geht das durch die Gewichtsverlagerung und dadurch ändert sich der Schwerpunkt.
Sitzt man ruhig auf der Schaukel,so geht die Gewichtskraft Fg durch die Mitte der beiden Seite und den beiden Aufhängungspunkten.
Beugt man sich nach hinten,so ändert sich der Schwerpunkt und die Gewichtskraft verläuft nicht mehr durch die Mitte der beiden Seile.
Es entsteht dadurch eine "Rückstellkraft"
Bewegst du dich dann nicht mehr,dann wird wieder die Ruhelage erreicht.
Die Gewichtskraft geht dann wieder durch den Schwerpunkt der Masse und verläuft mittig zwischen den Seilen und der Aufhängung.
genau das verstehe ich nicht. Wenn man das z.B. auf der Ruhelage heraus macht, müsste man doch exakt genauso viel Gewicht nach vorne bewegen, sie man nach hinten bewegt.
Der Massenschwerpunkt müsste doch dann an Ort und Stelle bleiben und man hätte nichts erreicht...
Habe ich dich falsch verstanden, sehe ich das falsch, oder war das ein Fehler deinerseits?
1. Situation : Du sitzt auf der Schaukel.
Der Kraftvektor Fg=m*g geht genau durch deinen Körperschwerpunkt.
Die Wirckungsline "Wl" verläuft durch den Massenschwerpunkt.
Wl verläuft gemau in der Mitte der beiden Seile und den 2 Aufhängungspunkte.
2. Situation: Du lehnst dich zurück und damit veränderst du den Massenschwerpunkt.
Die Wl läuft nun nicht mehr genau zwischen den beiden Aufhängungspunkten.
Die Folge ist nun,dass eine "Rückstellkraft" wirkt,die dich nach hinten drückt.
Wenn du das nun periodisch machst,dann schwingt das System immer weiter aus der ehemaligen Ruhelage.
Das Schaukeln beruht nur auf der Verlagerung des Massenschwerpunktes,was dann die Rückstellkraft bewirkt.
Das selbe Prinzip ist auch beim Drachenfliegen.
Indem man die Stange,die vor einen ist ,vorschiebt oder zurückzieht,wird den Schwerpunkt verändert und damit der Anstellwinkel des Drachenflügels.
Schiebt man die Stange nach vorn,so stellt sich die Tragfläche steiler nach oben.
Schiebt man die Stange nach hinten,so senkt sich die Tragflächenspitze,
Nee !! In den Bergen,wo Aufwind is.Da hängen Typen an einen Gestell,wo eine dreieckige Plane als Tragfläche dient.
Da hab ich geschrieben : "Gestell nach vorn oder hinten schieben"
Wie soll denn das an einen Papierdrachen mit Schnur gehen ? Is doch kein Gestell da !!
Meine Mutter war Physikerin, mein Vater war Physiker, ich bin's nicht, zugegeben. Mathe war mein Fach.
Aber was bitte sehr ist ein "geschlossenes System", wenn es nicht nur eine ideelle Fiktion ist, mit der ich zum Ausdruck bringe, dass ich alle anderen (zweifellos vorhandenen) äußeren Einflüsse aus meinen Überlegungen ausklammern will ?
Wieso darf ich einen Menschen auf einer Schaukel als "geschlossenes System" betrachtet? Das Prinzip des Schaukelns beruht doch gerade in der Wechselwirkung zwischen ihm und der Erde ! Ich kenne das Wesen dieser Wechselwirkung zwar nicht, aber doch einige ihrer Namen, Gravitation oder Schwerkraft z.B. ...
Wenn ich auf der stillen Schaukel sitze, bewege ich den Oberkörper zurück, dadurch wird der Arsch etwas nach vorne bewegt und mit ihm die Schaukel, sie ist aber festgebunden und bewegt sich daher zugleich etwas nach oben.
Schon hat eine Pendelbewegung begonnen mit ihrem Wechselspiel von kinetischer und potentieller Energie. Sobald ich vorne auf dem höchsten Punkt angekommen bin, bewege ich den Oberkörper nach vorne und drücke damit den Arsch und mit ihm die Schaukel nach hinten. Hinten angekommen bewege ich ihn wieder zurück. So schaukelt sich das auf.
Freilich muss man das lernen. Jedes Kind lernt das. Vielleicht braucht es dazu ein wenig, das ging mir auch so. Aber ein Physikstudium brauche ich dafür nicht.
Mathematik gab mir meinen Namen, von daher sind wir in der Hinsicht gleichgesinnt^^
Offensichtlich ist der Mensch auf der Schaukel kein geschlossenes System, aber es gibt einige Kräfte die innerhalb des Systems verbleiben und somit keine Rolle spielen können - so z.B. Arme nach vorne ausstrecken bringt nichts, da man sich selbst im gleichen Maße zurück drückt, in der Summe ist nichts gewonnen.
Mit geschlossenem System im Weltall meine ich eine Kapsel, bei der ich nicht einfach Gasteilchen oder andere Masseteilchen in eine Richtung heraus schleudern kann, um eine Bewegung in die Gegenrichtung zu erzeugen.
Du meintest an einer Stelle, dass sich die Schaukel aus der Ruheposition heraus nach oben bewegt - das stimmt ja so nicht.
Und wie gesagt: genau dieses "Oberkörper in die eine Richtung und Arsch in die Gegenrichtung bewegen" ist das, was glaube ich gerade nicht dazu führen kann, dass sich die Schaukel zu pendeln beginnt, da sich diese Kräfte ja gegenseitig aufheben.
Na klar kann man auch schaukeln lernen ohne Physik zu verstehen, mich interessiert halt nur wieso das Möglich ist^^
Es geht um den Sitz der Schaukel. Er ist mit einem Seil oben befestigt, nicht mein Massenschwerpunkt. Wäre der mit dem Seil befestigt, könnte ich in der Tat zappeln wie ich will, ohne etwas zu bewirken.
Aber wenn bei vorerst gleicher Lage des Massenschwerpunktes der Sitz aus der Ruhelage nach vorne (oder hinten) bewegt wird, bewegt er sich auf einer Kreisbahn um den Aufhängepunkt und daher zwangsläufg ein Stück nach oben.
Das Stück mag anfangs noch sehr klein sein, ist aber entscheidend, denn dadurch wird auch mein Massenschwerpunkt angehoben. Durch die Erdanziehung wird er dann wieder nach unten gezogen usw.
ah das meinst du - glaube aber die Anhebung der Masse der Schaukel ist zu vernachlässigen gegenüber der Masse wenn man die Arme hebt.
Mir fällt jetzt erst ein: wenn man im stehen schaukelt benutzt man genau das, was du beschreibst, dann geht man bei jeder Hin und bei jeder Rückrichtung einmal in die Hocke und stellt sich wieder auf, sodass genau das bewirkt wird, was du beschrieben hast.
Wenn man allerdings sitzt und so schaukelt wie ich meinte, ist das was Anderes.
Da glaube ich nämlich was du meintest ist nicht Richtig bzgl "wenn mein Massenschwerpunkt festgebunden wäre könnte ich zappeln wie ich will", denn: solange die Schnüre gestraft sind hat man immernoch die Wahl sich selbst in Rotation zu bringen, die Gegenkraft wird dann vom Seil übertragen und resultiert dann letztlich in eine Rotation der Schaukel und in der anderen Richtung dann umgekehrt.
Also das wäre meine Theorie, meine Antwort auf meine Frage.
Bestimmt kannst du näher erläutern wie das Physikalisch zu berechnen ist und ob ich überhaupt richtig liege, aber auch sonst: vielen Dank für deine Antwort.
Zumindest wenn man steht ist das völlig richtig, das hatte ich nicht bedacht.
Beim Anschaukeln verändert man beim Hin und Her sein Massenträgheitsmoment, und zwar durch Strecken und beugen der Beine, das ist der Punkt. Rumzappeln mit ausgestreckten Beinen bringt nichts
Bei den Gewichtsverlagerungen des eigenen, auf der Schaukel sitzenden Körpers leistet man mechanische Arbeit. Einen Teil davon gewinnt man dann zwar auch wieder zurück, aber eben nicht alles. In der Energiebilanz fehlen einem dann nach einer halben Stunde Schaukelns vielleicht ein paar Gramm Körperfett.
was ist das denn für eine Aussage?
klingt ja so, als ob ein Mensch, der hochgehoben wird Körperfett dazu kriegt, weil ihm ja physikalisch Energie hinzugefügt wird oO
Also ich glaube das beantwortet meine Frage ja mal so garnicht.
"was ist das denn für eine Aussage?"
eine wohl überlegte und physikalisch richtige !
"klingt ja so, als ob ein Mensch, der hochgehoben wird Körperfett dazu kriegt, weil ihm ja physikalisch Energie hinzugefügt wird"
habe ich irgendsowas behauptet ? nein !
Um aus dem Ruhezustand in das schwungvolle Schaukeln zu kommen, muss dem System Energie zugeführt werden, zumal ja auch noch Reibungsverluste entstehen, bei welchen etwas Energie in die Umgebung verpufft. Ich habe einfach erklärt, woher die investierte (kinetische und ursprünglich durch Muskelaktivität gelieferte) Energie letztlich kommt.
da oben stehen zwei Aussagen, die an und für sich richtig sind, aber nicht viel miteinander zu tun haben.
Wenn man einen Teil der mechanischen Arbeit wieder zurück bekommt, führt das nicht zu einer Erhöhung des Körperfetts, daher finde ich irreführend zu schreiben, dass in der Bilanz (so wie die Verrechnung von dem was weg geht und dem was dazu kommt) ein Defizit von einer gewissen Menge Körperfett entspricht.
Ich glaube was du schreibst ist mehr als Irreführend und da die Schaukel kein Motor ist, die mit Körperfett angetrieben wird, an die man sich dann einfach anschliesst - erklärt es nicht wieso das funktioniert.
Du hast Recht, der erste Teil der Arbeit kommt vom Körperfett, aber im Weltall verbrennt man ja beim rumhampeln ebenfalls Körperfett, diese wird aber letztlich 1:1 in Wärmenergie umgewandelt - sich damit fortbewegen ist dort dennoch nicht möglich.
Daher beantwortest du die Frage nicht, wieso die mechanische Energie, die du in das System hinzufügst bewirkt, dass das Pendel aufschaukelt...
Ich mag ja solche Antworten!
An und für sich vollkommen richtig, aber ohne jeden Bezug zur Frage und absolut nicht hilfreich.
Arbeitest du zufällig bei Mikrosoft?
Erschieß mich nicht wegen der Physik aber hier einfache Intuition:
Annahme Man schaukelt bereits - zumindest ein wenig - und steht auf der Schaukel.
Ausführung Am höchsten Punkt kannst du dich jetzt auf die Schukel hocken, und sobald du ganz unten bist stehst du auf. Dabei kannst du von der Schaukel (der Erde) Inpuls blabla gewinnen, denn die bewirkt ja eindeutig eine Kraft auf dich.
Der Punkt Du hast also jetzt so viel Schwung wie vorher, dein Schwerpunkt ist aber weiter oben, weil du stehst. Der Schwung reicht aus, um deinen Schwerpunkt so weit zu heben, wie er vorher gefallen ist - plus das Stückchen das du aufgestanden bist.
Verstehst du, worauf ich hinaus will?
Im sitzen gehts natürlich genauso, ist aber anstrengender, weil man statt einfach die Beine zu benutzen den Oberkörper abflacht (nach vorne oder hinten), um der Schwerpunkt zu senken.
Disclaimer Keine Ahnung ob das der entscheidende Punkt ist, aber es wird klar, dass das schon so gehen muss.
Im Satz "ohne etwas anderes als die Schaukel zu berühren" steckt die Lösuing ja bereits drin: im Weltall hast du eben keine Schaukel.
jo, schätze so grob stimmt das auch bei der Schaukeltechnik im stehen.
Wie schon wo anders geschrieben: dass man dabei sich immer unten aufstellt und jeweils oben hinhockt spricht dafür.
Bei der Technik im sitzen allerdings glaube ich beweist der Umstand, dass man für vor nach vorne geht und für zurück nach hinten geht, dass es dort nicht sein kann, dass da der Massenschwerpunkt zu erhöhen und zu senken der Grund dafür ist, dass es funktioniert, sonst würde man bei einem den Schwung aufbauen, bei dem anderen den Schwung abbauen.
Vorne und hinten klingt gegensätzlich, ist es aber nicht. Die Kleinkinder fallen nur von der Schaukel, wenn sie sich vorne nach hinten lehnen oder umgekehrt.
Die Schwerpunktverlagerung ist aber genauso (wie beim anderen und wie im stehen).
Oh deine Frage enthält "anschaukeln". Ich schätze meine Annahme ist da irgenwie bescheuert, abgesehen davon, dass sie in der Praxis immer zutrifft.
Ne schlüssige Intuition dazu aufzuschreiben wäre zwar drin, ist mir jetzt aber zu viel Arbeit. ;)
na das anschaukeln aus der Ruhelage heraus ist Erfahrungsgemäß schwieriger, es ging schon eher darum eine bereits vorhandene Pendelbewegung zu verstärken =)
ganz verstehe ich es nicht, aber habe ich dich richtig verstanden? der Grund ist der, dass man bei der Schaukel die Masse zum Aufhängungspunkt hin und wegbewegen kann, was dann Einfluss auf die Rotation hat? (wie eine Schlittschuhläuferin, die ihre Pirouette beschleunigt, indem sie die Arme und Beine anzieht)