Bleibt eine Geschwindigkeit im Vakuum gleich?
Ein Gegenstand bewegt sich im perfektem Vakuum des Weltalls mit einer bestimmten Geschwindigkeit und wird gemessen. Bleibt die Geschwindigkeit exakt gleich erhalten, wenn man die Geschwindigkeit nach einer Zeit wieder misst?
Gab es Beobachtungen/Experimente dazu?
11 Antworten
Du bräuchtest zunächst ein perfektes Vakuum. Diese sind extrem selten, weil sie im Grunde nicht natürlich auftauchen. Auch das Vakuum im Weltall ist nicht vollkommen leer. Ein perfektes Vakuum ist im Grunde ein Bereich, der absolut nichts enthält. Unter extremen Bedingungen ist es jedoch möglich, ein perfektes Vakuum zu erzeugen.
Die Geschwindigkeit eines Objekts, wenn es sich in einem solchen Vakuum bewegt, wäre immer genau und konstant, weil keine äußere Kraft auf es einwirkt. Das bedeutet, dass es sich in seinem ausgeglichensten Zustand befindet und nichts dessen Geschwindigkeit in einem isolierten System ändern kann. Dies ist bekannt als das Gesetz der Energieerhaltung.
Folgendes kann die Geschwindigkeit auch im "Vakuum" verändern:
-Wirkende Gravitationskräfte
-wirkende elektrische oder magnetische felder
-sofern kein perfektes Vakuum, einzelne partikel/ teilchen die mit dem Objekt kollidieren
https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum#Vakuum_des_Weltraums
-auftreffende elektromagnetische strahlung, also protonen
https://de.wikipedia.org/wiki/Kosmische_Strahlung
https://de.wikipedia.org/wiki/Strahlungsdruck
-allgemeine Ausdenung des raumes im universium
https://de.wikipedia.org/wiki/Expansion_des_Universums
-neutrinos und andere teilchen, die die jeden raum permanent druchfluten, und selten interagieren.
https://de.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung
Die Geschwindigkeit bleibt gleich, wenn der Körper beschleunigungsfrei ist...
Im Vakuum gibt's keine Luftreibung (negative Bescheinigung)
Aber es gibt praktisch überall Gravitation!
Je nach Größe und Entfernung wirkt diese auch im Vakuum nennenswert auf deinen Körper...
Zeig mal ein Perfektes Vakuum und das in einem Bereich, in dem keinerlei Grafitationskräfte wirken. Dann kann man das testen/messen. Wird schwierig.
Grafitationskräfte wirken sehr weit und das All ist vielleicht "Luftleer" - wobei Sauerstoffmoleküle schon noch vorkommen können - allerdings jenseits dessen, was dir zum Atmen in irgendeiner Form reichen könnte...
Desweiteren sind jedoch auch Staubpartikel usw. vorhanden. Somit hast du nicht nur eine Luftreibung, die negativen Einfluss auf die Geschwindigkeit hat. Hat wohl einen Grund, warum Satelitten nur eine Einsatzdauer von 10-15 Jahren haben - wenn Sie nicht beschädigt werden, müßten Sie ja einfach auf Ihrer Position "verweilen" bis zum Sankt Nimmerlein... Aber nach der Zeit gehen die Vorräte zuende und der Satellit kann keine Korrekturen mehr vornehmen um seine Position zu halten. Das ist dann der Punkt, wo der Satellit entweder eingefangen werden müßte und "getankt" werden - ohne Spaceshuttle schwierig und zumeist unrentabel teuer (Technik veraltet, "Versorgungsflug" teuer und Beschädigungen durch Sonnenstürme oder Trümmer etc.) - oder eben mit der verbliebenen Reserve noch in eine Kontrollierte Eintrittsphase zum Verglühen über Ozean, statt unkontrolliert über einer Metropole...
Hallo ZuNiceFrage,
ja, in einem idealen Vakuum bleibt die Geschwindigkeit v› *) des Körpers konstant (was den Wert 0 einschließt).
Das Prinzip geht auf GALILEI zurück und wird als Trägheitsprinzip (TP) bezeichnet. Gelegentlich heißt es auch das 1. NEWTONsche Gesetz, obwohl es älter ist.
Wann immer sich die Geschwindigkeit eines Körpers ändert – nach Betrag oder Richtung – ist dies auf Kräfte zurückzuführen, respektive auf Krümmung der Raumzeit.
Raumzeit und WeltlinienFrüher hätte ich gesagt, dass man Zeit und Raum zur Raumzeit zusammenfassen könne. Heute würde ich es eher umgekehrt formulieren: Die Raumzeit ist eine Struktur, die sich mit Hilfe eines Bezugskörpers, vorzugsweise einer Uhr U, in Raum und Zeit zerlegen lässt
Raum ist mathematisch ausgedrückt die Menge aller Orte. Ein Ort r› wiederum ist eine Position relativ zu einem Bezugspunkt, z.B. dem Schwerpunkt des Bezugskörpers U.
In einem von U aus definierten Koordinatensystem Σ lässt sich r› als (x | y | z) beschreiben. Es kann etwa dee Ort sein, an dem ein bestimmtes Ereignis stattfindet.
Abb. 1: Die Position eines Punktes P relativ zu U
Ein Ereignis hat aber nicht nur ein "wo", sondern auch ein "wann", die von U aus ermittelte Zeit t des Ereignisses. Auch sie lässt sich als eine Koordinate auffassen.
"Ermittelt" deshalb, weil insbesondere in einer gewissen Entfernung r von U stattfindende Ereignisse erst mit einer gewissen Verzögerung zur Zeit t* beobachtet werden können, weil das Licht ein endliches Tempo c hat: t = t* − r⁄c.
Über die Zeit betrachtet ist der Bezugspunkt eine Linie, in diesem Fall eine Gerade, die Weltlinie (WL) von U bzw. dieses Punktes. Sie stellt zugleich die Zeitachse von Σ.
Die WL eines relativ zu U mit konstanter Geschwindigkeit v› bewegten Körpers, z.B. einer anderen Uhr U', verläuft gewissermaßen schräg zu der von U, ist aber auch gerade. Die WL eines in irgendeiner Weise beschleunigten, also nicht mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Körpers hat eine Krümmung oder Torsion.
Das Relativitätsprinzip und die Relativität der GleichortigkeitBesonders U' können wir allerdings "mit demselben Recht" anstelle von U als Bezugskörper auszuwählen. Damit beschreiben wir natürlich automatisch U als mit −v› (gleiches Tempo, entgegengesetzte Richtung) bewegt.
Auch viele andere physikalischen Größen haben natürlich in einem von U' aus definierten Koordinatensystem Σ' andere Werte als in Σ, aber die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen generell (nichts anderes sind Naturgesetze) sind dieselben.
Auch dieses Relativitätsprinzip (RP) geht auf GALILEI zurück und impliziert übrigens das TP.
Natürlich ist damit auch nicht mehr so eindeutig definiert, was, über eine längere Zeit betrachtet, überhaupt ein Ort ist. Zwei zeitlich nacheinander in der gleichen Position relativ zu U' stattfindende Ereignisse finden schließlich in Σ an unterschiedlichen Orten statt, in Σ' jedoch am selben.
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*) Dies schließt auch deren Richtung ein; Geschwindigkeit (engl. velocity) ist nämlich, wie das '›' andeuten soll, eine Vektorgröße, eine Größe mit Richtung, Ortsverschiebung durch Zeitspanne. Was wir im Dt. oft "Geschwindigkeit" nennen ("Weg durch Zeit"), ist nur deren Betrag (engl. speed, im Dt. gut mit "Tempo" wiederzugeben).
Das Trägheitsprinzip ist leichter auf Körper anwendbar als auf Teilchen, da diese aufgrund ihrer geringen Masse (wenn sie überhaupt eine haben) viel anfälliger für HEISENBERGs Unbestimmtheitsrelation sind. Teilchen sind keine kleinen Körper, sondern elementare Anregungen unterschiedlicher Felder (das Photon etwa ist elementare Anregung des elektromagnetischen Feldes, das Elektron des Elektronenfeldes etc.), die sich wellenartig ausbreiten.
Der Impuls p› des Teilchens ist proportional zu seinem Wellenvektor k›; der zeigt in die Richtung, in der sich eine Welle ausbreitet, und sein Betrag ist antiproportional zu seiner Wellenlänge: k = 2π⁄λ. Damit ist natürlich klar, dass eigentlich nur eine "unendlich" ausgedehnte ebene Welle einen eindeutigen Wellenvektor hat. Zumindest muss diese in alle Richtungen groß gegen die Wellenlänge sein. Lassen wir so eine ebene Welle in y-Richtung eines geeignet definierten Koordinatensystems propagieren und auf eine Blende mit Spalt treffen, der in x-Richtung eine variable Ausdehnung hat, die zunächst noch relativ groß ist, bekommen wir auf der gegenüber liegenden Seite ein Abbild des Spalts, mit leicht verzitterten Rändern. Dieser Effekt wird stärker, je enger wir den Spalt machen, und aus dem Abbild des Spalts wird ein aufgefächertes Beugungsmuster.
Wir haben Teilchen quasi gezwungen, bei der Blende eine ziemlich genaue Position in x-Richtung anzunehmen, um hindurch zu kommen, und dadurch haben wir uns eine relativ große pₓ-Unbestimmtheit eingehandelt.
Aber kann man hier ernsthaft von einer seitwärts wirkenden Kraft sprechen, die die Bewegungsrichtung einzelner Teilchen in unterschiedlicher Weise verändert hat? Schwierig.
Guten Tag!
Das Tragheitsprinzyp, gilt den das auch für Licht? Oder gilt den das nicht nur für Ruhemassen? Licht hat ja keine Ruhemasse doch nur kinetische Masse auf deutsch nur Bewegungsmasse.
Ich meine wenn das Tragheitsprinzyp auch für Licht gilt,muste dann zum Beispiel durch die Gravitation, Licht nicht immer genau Geschwindigkeit c haben?