Aufgabe zu Raumschiffen, Physik?
Hallo, Kann mir bitte jemand bei dieser Aufgabe helfen? Ich verstehe das nicht.
Wie kann ein Raumschiff im luftleeren Raum mit Hilfe des Impulserhaltungssatzes seine Geschwindigkeit und seine Richtung ändern? Warum braucht man dazu Strahltriebwerke?
4 Antworten
Der Impuls berechnet sich zu p= m * v. Wenn das Raumschiff bezüglich eines bestimmten Punktes im Raum die Geschwindigkeit Null hat, so ist sein Impuls ebenfalls Null. Wenn es dann Materie in Form von Treibstoff ausstößt, so hat der Treibstoff eine Masse m1 und die Geschwindigkeit v1 und somit den Impuls p1 = v1 * m1. Nach dem Impulserhaltungssatz muss aber der Impuls vor dem Ausstoß gleich dem Impuls nach dem Ausstoß sein, also 0 sein. Deshalb muss sich das Raumschiff in die entgegengesetzte Richtung bewegen, so dass gilt m2 * v2 = - m1 * v1, wobei m2 die Masse des Raumschiffs und v2 dessen Geschwindigkeit ist. Da normalerweise m1 wesentlich kleiner als m2 ist, ist v2 wesentlich kleiner alles v1.
Ein Strahltriebwerk stößt sehr kleine Körper (die Moleküle des Gases) mit hoher Geschwindigkeit aus. Auch Moleküle haben eine Masse. Die Schubkraft berechnet sich daher F=m*a (Krft=Masse mal Beschleunigung) Die Kraft ist dann sehr groß, wenn sehr viele Teilchen mit sehr hoher Geschwindigkeit abgestoßen werden (Startleistung z.B. einer Proton-Rakete ca. 17 Mio kW)
Wird ein solches Triebwerk entgegen der Bewegungsrichtung des Raumschiffes betrieben, wirkt die Kraft daher bremsend.
Ein Propeller als Triebwerk benötigt ein Medium (Gas, Luft).
Räder--> funktioniert auch nicht.
Das mit den Strahltriebwerken kommt mir spanisch vor. Die funktionieren im luftleeren Raum nicht, weil sie eben Luft brauchen. Sicher, dass du keine Raketentriebwerke meinst?
Der Impulserhaltungssatz sagt einmal, dass alles seine Bewegunsart beibehalten wird, wenn es nicht daran gehindert wird. Und weiterhin, dass jede Aktion auch eine entsprechende Gegenaktion erzeugt.
Sprich, wenn der Astronaut vorne aus dem Raumschiff ein Paket Klorollen wirft, bremst er es ein Wenig ab. Die Aktion, das Paket zu beschleunigen, erzeugt eine Gegenreaktion: Er selbst wird rückwärts beschleunigt, und weil er fest mit rem Raumschiff verbunden ist, wird das Raumschiff auch ein Wenig rückwärts beschleunigt. Wenn man schon ne Vorwärtsbewegung hat, nennt man das "abbremsen".
Wirft der Astronaut sein Paket zur Seite ab, wird das Raumschiff ein Wenig zur anderen Seite hin beschleunigt. Aber dadurch ändert sich an der Vorwärtsbewegung nichts. Es kommt also gleichzeitig zur Seitwärts- und Vorwärtsbewegung.
Natürlich ist das Beschleunigen mit dem Paket ziemlicher Quatsch. Der Impuls berechnet sich aus Masse und Geschwindigkeit. Ein 10kg-Paket, das man mit 10km/h wegwirft, ändert nicht viel am Flugzustand eines 50.000kg-Raumschiffes, das mit 100.000km/h durchs All schießt. Deswegen braucht man die Raketentriebwerke. Die stoßen letztendlich Gas mit großer Geschwindigkeit aus, sodass auch dessen geringe Masse einen starken Impuls gibt. Und damit lässt sich das Raumschiff in jede beliebige Richtung beschleunigen.
Was nicht bedeutet, dass es einfach um die Kurve fliegt! Wenn dein Raumschiff 100.000km/h geradeaus fliegt, und auf 100.000km/h seitwärts beschleunigt wird, fliegt es gleichzeitig seitwärts und vorwärts, mit jeweils gleicher Geschwindigkeit... also hat es den Kurs um 45° zur Seite geändert. Für eine 90° Kursänderung musst auch auch die Vorwärtsbewegung komplett abbremsen.
Na gut... Für mich war Strahltriebwerk =Staustrahltriebwerk, Turbofan o.ä.
Mal so als Anschub ein Gedankenexperiment: nimm ein kleines Ruderboot und einen schweren Stein, fahre auf einen kleinen See. Dann wirfst du den Stein möglichst waagrecht ins Wasser.
Was geschieht?
Gemäß Wiki
https://de.wikipedia.org/wiki/Luftfahrtantriebe#Nicht-luftatmende_Antriebe gehört der Raketenantrieb zu den nicht-luftatmenden Strahltriebwerken.