Ab welcher höhe ist ein Körper schwerelos?
Ab welcher Höhe ist ein Stein z.B. schwerelos, vom Meeresspiegel aus gesehen?
13 Antworten
"Schwerelosigkeit" hat mit Höhe nichts zu tun. Diesem Irrglauben unterliegen viele, weil man von Fernsehübertragungen aus Raumstationen und bemannten Raumflügen das Bild von schwebenden Menschen und Gegenständen vor Augen hat.
Das kommt aber nicht durch irgendwelche "Höhen", sondern das liegt daran, dass die Flugkörper sich im freien Fall befinden. Bei der ISS in einem Orbit um die Erde, was bedeutet, dass die Raumstation "um die Erde fällt". Dabei ist die ganze Station einschließlich aller Inhalte "im Fall". Und deshalb herrscht innerhalb dieses Systems relative Schwerelosigkeit. Weil alles gewissermaßen gleichzeitig und gleichartig fällt (einfach ausgedrückt).
Selbst in nahezu unendlicher Entfernung ziehen sich zwei Körper noch an und erfahren durch den jeweils anderen eine Schwerkraft
AB KEINER. Genau genommen Unendlich.
Mit ein bisschen Physikverständnis würdest du wissen, dass Kern-, Magnet- und Gravitationskräfte sich unendlich weit ausbreiten! Ihre Intensität sinkt zum Quadrat der Entfernung. Damit würdest du also sogar noch vom anderen Ende dieses Universums von der Erde angezogen werden.
Du könntest allerdings eine "Quasi"-Schwerelosigkeit erzeugen indem du die Gravitation mit einer anderen Kraft ausgleichst. Der einzige Grund wieso der Mond nicht auf die Erde fällt oder die Erde auf die Sonne ist die Zentrifugalkraft, die die Gravitation der entsprechenden Objekte (Mond zieht Erde ja auch an) ausgleicht. Damit um sich zB. in der Erdumlaufbahn zu halten in 1000 km Höhe musst du eine Umlauf-Geschwindigkeit von 7355 m/s einhalten (auch die erste Kosmische Geschwindigkeit genannt). Dabei beschreibt man eine Kreisbahn. Will man eine ellipsenförmige Bahn beschreiben benötigt man bereits die 2. Kosmische Geschwindigkeit etc. (Näheres dazu: http://de.wikipedia.org/wiki/Kosmische_Geschwindigkeiten )
Es gibt noch eine Möglichkeit zwischen zwei Himmelskörpern und auch nur relativ zu diesen Objekten eine Schwerelosigkeit zu erreichen. Es gibt dazu errechnete Punkte im All, wo sich die Gravitationskräfte der zB beider Körper aufheben und man auf keinen der beiden fallen würde, wenn man sich in einem solchen Punkt befindet. (So ein Punkt befindet sich zB einen Tag bei 1.KG vom Mond entfernt und würde einen Zeropunkt zwischen Erde und Mond kennzeichnen.
DH, bis auf die Kernkräfte, die haben nämlich beide (schwache u. starke) keine unendliche Reichweite (~10^-15 m)
Muss ich leider widersprechen. Ja diese Vermerke wirst du überall finden, dass unseren Messungen nach bei der äußersten uns bekannten Elektronenbahn die starke Kernkraft nahezu nicht mehr messbar ist und bei dem Umfang des Größten uns bekannten Nucleus die schwache Kernkraft praktisch aufhört zu wirken, ABER dies hat damit zu tun weil diese Werte für unsere Berechnungen relevant sind. Genauere Werte sind uns aufgrund der Schwäche und rasanten Auslöschung dieser Kräfte nicht bekannt.(Auch hier gilt Entfernung=quadr. Wurzel aus Intensität was bei diesen Entfernungen praktisch sofortige Auslöschung bedeutet)
(Mit anderen Worten kannst du kaum den Wirkbereich eines Atoms messen, wenn drum herum all die anderen Atome sind, und dein Messgerät ebenfalls aus solchen besteht =). Es heißt aber nicht, dass sie sich nicht auch weiterhin ins Unendliche ausbreiten können, bewiesen hat es bloß bis jetzt keiner. (Wir kommen einfach mit großen Entfernungen um einiges besser klar als mit infinitesimalen.)
Ok, ich muss zugeben, ich kenne mich da nicht sehr gut aus, aber ich habe zumindest das hier gefunden:
"Unlike all other forces (electromagnetic, weak, and gravitational), the strong force does not diminish in strength with increasing distance"
von http://en.wikipedia.org/wiki/Strong_interaction
(Wikipedia kann irren, ist aber bei naturwissenschaftlichen Themen meist korrekt, wenn auch oft sehr unvollständig)
Die Schwache Kraft nimmt anscheinend an Intensität ab bei größerer Entfernung, aber dazu hätte ich auch eine Frage: geht das wirklich auch mit 1/r^2 ?
Weil, die quadratische Abhängigkeit (bei einem Punktteilchen) von der Entfernung bei elektro-magnt. und Gravitation ergibt sich ja eigentlich direkt aus der Geometrie (Die Oberfläche einer Kugel um das Zentrum wächst mit r^2 an). Bei einem (unendlich langen) geladnen Zylinder geht die Kraft ja auch nur mehr mit 1/r zurück.
Das müsste bei der Schwachen Kraft doch gleich sein. Aber zusätzlich müsste dann doch noch dazu kommen, dass die W- und Z-Bosonen als Austauschteilchen nur geringe Lebensdauer haben (im Gegensatz zu z.B Photonen), also müsste die Intensität doch schneller als nur quadratisch abnehmen, oder?
Wie gesagt, ist nicht so mein Thema, sind nur meine Gedanken drüber.
Ok eigentlich wollte ich nicht so stark ein die Nuklearphysik rein, aber zu deinem Anmerkt muss ich dir teilweise recht geben:
Und zwar befindest du dich bei deiner Betrachtung bereits bei der Quarks-Ebene, den Bestandteilen eines jeden Hadrons. Dort spielt die starke Kernkraft eine wichtige Rolle, denn durch sie werden Quarks auf einen so kleinen Raum zusammengepresst, dass sie sich fast berühren. Diese starke Kernkraft bleibt bis auf eine Durchmesserlänge eines Hadrons etwa bei einem Level (~10 kN). Dieses Phänomen heißt "Color confinement" und bewirkt, dass wenn du über diese Entfernung eines Hadrons die stetige Energie aufbringst, die die Quarks aus einander reißen soll, sich diese aufgebrachte Energie automatisch in 2 neue Quarks umwandelt, die damit die auseinander gerissenen Quarks wieder paaren. Damit haben wir auch ein direktes Beispiel von Einsteins Energiegleichung, dass Materie nichts weiter als gebündelte Energie ist. Genau das war auch einer der Gründe von Cern für sein letztes großes Projekt, wo das berüchtigte Higgs-Teilchen lokalisiert werden sollte, das die Gravitationskräfte erzeugen soll und Masse überhaupt als Masse definiert (denn technisch gesehen besitzen Quarks nahezu keine Masse, zumindest nicht der Rechnung nach). (Näheres kannst du hier genau nachlesen - und ja Wikipedia hat in diesen Angelegenheiten meistens kaum Fehler, da sie mit Priorität Artikel von Wissenschaftlern und Profs/Doks veröffentlicht: http://en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement )
Technisch gesehen fängt die starke Kernkraft ab dieser Schwelle des Hadrons aber an, an Intensität zu verlieren. Bezüglich der Geschwindigkeit des Abklingens der Kernkräfte, habe ich eingentlich gehört, dass es dort aufgrind mehrerer beobachteter Effekte nicht so einfach abläuft, deswegen ziehe ich meine Aussage mit s=sqrt(I) zurück, kann allerdings deine Überlegungen auch nicht bestätigen.
Eins kann ich aber hier jetzt aber allgemein äußern:
Da wir uns jetzt auf vertiefter physikalischer Ebene bewegen, benenne ich einfach das Kind beim Namen: Die Ausbreitung aller Kräfte ist aufgrund der allgemeinen Entropiebilanz und Energieerhaltung unendlich!
(Jegliche Widersprüche gegen diese Regel nur mit einem Beispiel unterbreiten, das ich gerne sachlich verneinen werde!)
DH, bis auf die ellipsenförmige Bahn. Die benötigt nur dann die 2. kosmische Geschwindigkeit, wenn sie "unendlich" exzentrisch werden soll, also beim Übergang zu einer Parabel.
Da musst du schon präziser werden. Um was für einen Stein handelt es sich? Was verstehst du unter Schwerelosigkeit?
Auch im Weltall gibt es fast überall eine Anziehungskraft...
Wirklich "schwerelos" bist du z.B. an einem speziellen Punkt zwischen der Erde und dem Mond und zwar an dem Punkt wo sich die Gravitation beider Körper ausgleicht.
Ich hab mal die grosse Halbachse als Beispiel genommen, da der Mond elliptisch um die Erde kreist ist die Distanz nicht immer gleich:
Distanz zur Erde: 346.028 km
Distanz zum Mond: 38.375 km
FYI: In einer "Höhe" von 90000 km herrscht eine Anziehungskraft von 43 N/kg 100% "schwerelos" ist man also auch da nicht.
Das Gefühl der Schwerelosigkeit (über eine Minute lang) kann man aber auch in 7km "Höhe" haben. z.B. bei einem Parabelflug, so müssen heutzutage auch die Astronauten trainieren bevor sie ins Weltall dürfen.
Sorry mein Satzbau ist im Moment eine Katastrophe, brauche Schlaf.
Ab keiner Höhe. Die Gravitationskraft ist eine Körpereigenschaft und keine Raumeigenschaft. Das Gewicht eines Körpers, also die Gravitationskraft zwischen demselben und der Erde verringert sich mit dem Quadrat der Entfernung. Das gilt überall gegenüber allen andern Körpern. Im freien Fall eines Körpers heben sich dessen gewichtsbedingte inneren Kräfte auf, er erscheint schwerelos. Das gilt völlig unabhängig vom Ort. Das Gewicht des Steines in Bezug auf die sich entfernende Erde wird kleiner, in Bezug auf andere, näherkommende Körper (möglicherweise Mond) wird das Gewicht (Anziehungskraft) größer. Da gibt es keine räumliche Grenze. Der "schwerelos Raum" ist also ein Fantasieprodukt.
Abgesehen von den Gezeitenkräften, die in der ISS herrschen :-)