Warum ist man beim Freien Fall schwerelos?
Ich muss ein Referat darüber halten. Wenn man jetzt den Luftwiderstand nicht mit einberechnet. Welche Kräfte wirken da? ich kann nämlich nicht nachvollziehen warum man dann schwerelos ist. Beim Parabelflug bzw. im All ist es ja so dan die Anziehungs- und Zentrifugalkraft sich gegenseitig aufheben, doch beim freien fall kann ich mir das nicht erklären
4 Antworten
Nicht schwerelos ist ein Körper, wenn er auf dem Boden liegt, denn dann wirkt auf ihn seine Gewichtskraft und die Gegenkraft des Bodens, was wir Menschen als "Schwere" wahrnehmen. Beim freien Fall ist von unten keine Kraft vorhanden, weshalb man sich schwerelos fühlt.
Ein im Vakuum frei fallender Körper ist schwerelos in einem Koordinatensystem, welches sich mit ihm mitbewegt oder sich in Bezug dazu mit konstanter (linearer) Geschwindigkeit bewegt.
Wenn wir aber z.B. einen fallenden oder geworfenen Stein von der Erdoberfläche (und von einem mit ihr verbundenen Koordinatensystem) aus betrachten, dann ist er natürlich nicht "schwerelos", sondern auf ihn wirkt die Gravitationskraft der Erde. Ein bestimmter Körper ist also überhaupt nicht einfach "schwer" oder "schwerelos" ! Es kommt immer darauf an, in welchem Koordinatensystem man dies beurteilt.
@Franz1957: Ich denke, dass du meine Antwort missverstanden hast. Im Koordinatensystem, welches zusammen mit dem Raumfahrzeug und dessen Besatzung zusammen im "freien Fall" bewegt, herrscht Schwerelosigkeit. Beschleunigt (und damit Gravitationskräften ausgesetzt) ist dieses Koordinatensystem und das Raumfahrzeug nur, wenn man es von einem anderen Bezugssystem aus betrachtet.
Beim Parabelflug bzw. im All ist es ja so dan die Anziehungs- und Zentrifugalkraft sich gegenseitig aufheben
Die Geschichte mit der Zentrigugalkraft und der Kräfteaufhebung ist ein oft (und leider auch manchmal im Physikunterricht) erzähltes Märchen.
Daß diese Geschichte nicht stimmt, sagt uns das Erste Newtonsche Gesetz (das Trägheitsgesetz). Würde irgendetwas die Anziehungskraft aufheben, dann wäre der betreffende Körper kräftefrei, und er würde sich dann auf keiner Umlaufbahn oder Parabel bewegen, sondern auf einer geraden Linie. Wenn ein Körper sich auf einer Umlaufbahn bewegt, dann ist er nicht kräftefrei, sondern eine Kraft da, die ihn in Richtung des Krümmungsradius beschleunigt. Diese Kraft ist die Schwerkraft.
Die Illusion, daß man "schwerelos" sei, entsteht dadurch, daß nichts da ist, das den freien Fall aufhält, wie z.B. fester Boden, auf dem man steht, und der die Füße die Schwere fühlen läßt. In der Raumstation fällt alles mit der gleichen Beschleunigung auf der gleichen Bahnkurve: Die Station selbst mit allem, was an Bord ist. Wo man sich auch festhält, man fühlt sein Gewicht nicht, weil die Station ja auch fällt. "Schwerelos" ist nur eine unbeholfene Bezeichnung dafür, daß man der Schwerkraft völlig ausgeliefert ist. Der Orbit im All ist freier Fall.
Wenn du mit der Fliehkraft argumentierst. Das ist doch auch nix weiter als eine ===> Trägheitskraft
m a = m g ( 1a )
m g - m a = 0 ( 1b )
Die Masse ist SCHWER; stellt im Schwerefeld g eine " Gravitationsladung " dar; in dem Term " m a " ist die Masse allerdings TRÄGE
Stell dir vor du befindest dich in einem Raumschiff; der Antrieb sei ausgeschaltet. Gemäß den Gesetzen der ===> Himmelsmechanik fallen alle Körper gleich schnell.
Angenommen ein Stein, den du los lässr, würde " zu Boden " fallen. Ja in welche Richtung überhaupt; wo soll denn unten sein? Aber führen wir den Widerspruchsbeweis; gesetzt den Fall, der Stein würde fallen. Der würde doch viel schneller fallen als du; oder du würdest gegen ihn zurück bleiben. ( In erster Näherung ) habt ihr beide die selbe Bahn; du und der Stein.
Ich les grad das klein Gedruckte. Mensch frfeier Fall und Parabelflug ist doch genau das Selbe; da wirken genau die selben Kräfte. Das einzige, was anders ist, ist die Anfangsgeschwindigkeit - geh nochmal die ganze Herleitung durch, damit du es verstehst.
Aber beim Parabelflug gibt es ja ein Kräftegleichgewicht von zentrifugal und gewichtskraft. beim Freien Fall gibt es aber keine zentrifugalkraft, warum ist man dann schwerelos?
Gut; gehen wir doch mal die ganzen Formeln des schiefen Wurfs durch - nichts anderes ist ja Parabelflug. Hast du mit geschrieben; oder hast du wenisten das Buch? Und zwar wollen wir von Anfang an zwei verschiedene Flugzeuge betrachten; daher Index 1 und 2 .
x1 ( t ) = X1 + v1 t cos ( ß1 ) ( 2.1a )
y1 ( t ) = Y1 + v1 t sin ( ß1 ) - g / 2 t ² ( 2.1b )
Jetzt die Geschwindigkeit; erste Ableitung von ( 2.1ab ) nach der Zeit:
( dx1/dt ) = v1 cos ( ß1 ) = const ( 2.2a )
( dy1/dt ) = v1 sin ( ß1 ) - g t ( 2.2b )
Beschleunigung bzw. Kraft ist die 2. Ableitung:
( d/dt ) ² x1 ( t ) = 0 ( 2.3a )
In x-Richtung wirkt keine Kraft.
( d/dt ) ² y1 ( t ) = - g ( 2.3b )
D.h. in y-Richtung wirkt nichts weiter als die Erdanziehung - genau wie beim freien Fall auch. Das Minuszeichen zeigt an, dass die Erdanziehung nach Unten wirkt.
So; und jetzt frage ich dich. Wo kommt deiner Meinung nach in den Formeln ( 2.1-3 ) eine " Fliehkraft " vor? Wohl gemerkt; ich lasse mich auf alle Gegenargumente ein; sie sollten nur aus den Formeln folgen; und nach Möglichkeit solltest du mir erzählen, wer dir diesen Flieh mit der Flohkraft ins Ohr gesetzt hat.
Jetzt hatte ich aber gesagt, wir führen einen zweiten Flieger ein. Analog ( 2.1ab )
x2 ( t ) = X2 + v2 t cos ( ß2 ) ( 2.4a )
y2 ( t ) = Y2 + v2 t sin ( ß2 ) - g / 2 t ² ( 2.4b )
Was folgt dann aus ( 2.1;4 ) für die Relativkoordinate?
x2 - x1 = X2 - X1 + [ v2 cos ( ß2 ) - v1 cos ( ß1 ) ] t ( 2.5a )
y2 - y1 = Y2 - Y1 + [ v2 sin ( ß2 ) - v1 sin ( ß1 ) ] t ( 2.5b )
D.h. die Relativbewegung zwischen den beiden Flugzeugen erfolgt mit KONSTANTEM Geschwindigkeitsvektor - konstant nach Betrag und Richtung. Also SCHWERELOS .
Die Geschwindigkeit, mit der das Koordinatensystem sich mitbewegt, muß nicht konstant sein. In einem Raumfahrzeug im Orbit bewegen sich dieses und die Besatzung im Gravitationsfeld, werden also andauernd beschleunigt.