Warum sind Astronauten schwerelos auf dem Weg zum Mond?
Wenn die ISS um die Erde fliegt, wirken zwei Kräfte (Schwerkraft und Fliehkraft) auf sie ein, die sich genau ausgleichen. Die resultierende Kraft ist 0. Somit ist alles schwerelos. Soweit so gut.
Warum sind Astronauten aber schwerelos, wenn sie – statt um die Erde zu kreisen – geradeaus zum Mond fliegen? Hier gibt es ja keine Zentrifugalkraft, die die Schwerkraft aufhebt?
Hier bin ich sehr sehr gespannt auf eure Antworten.
12 Antworten
Deine Deutung der "Schwerelosigkeit" ist nicht ganz richtig.
Zunächst ist das Wort "Schwerelosigkeit" dem Wortsinne nach ein Unfug, weil es nie und nirgends schwerelose Körper gibt. Das Wort "Gewichtslosigkeit" wäre hier zutreffender oder vielleicht auch "Bodenlosigkeit". Als Gewicht bezeichnen wir die Kraft, die ein Körper auf seine Unterlage ausübt aufgrund der Gravitation. Und wo keine Unterlage auf einen Körper wirkt, da ist auch kein Gewicht.
Mit "Schwerelosigkeit" meinen wir den dynamischen Zustand des freien Falls: Ein Körper befindet sich in "Schwerelosigkeit", wenn außer allen zahllosen Gravitationskräften der Welt keine weitere Kraft auf ihn wirkt.
Nun zunächst zur ISS: Ein Erdsatellit ist auch dann schwerelos, wenn Schwerkraft und Fliehkraft nicht im Gleichgewicht sind. Dann ändert sich eben der Radius, bis sich das Gleichgewicht eingestellt hat. Die Schwerelosigkeit wäre verletzt bei Einwirkung einer Kraft, die sich nicht auf "Schwere" gründet: Das könnte ein Luftwiderstand sein, ein "Bodenwiderstand", die Kollision mit einem anderen Körper oder ein Raketenantrieb.
Bei der Mondrakete wird man aus wirtschaftlichen Gründen nach Erreichen einer Teilstrecke das Triebwerk abschalten und später zwecks Bremsbeschleunigung wieder einschalten. Bei abgeschaltetem Triebwerk ist die Rakete im freien Fall, also "schwerelos".
Gewichtslos und schwerelos ist eigentlich das Gleiche.
Aber du hast recht:
Schwerelosigkeit ist eher ein Gefühl als eine physikalisch saubere Bezeichnung...
Wenn die ISS um die Erde fliegt, wirken zwei Kräfte (Schwerkraft und Fliehkraft) auf sie ein, die sich genau ausgleichen. Die resultierende Kraft ist 0. Somit ist alles schwerelos. Soweit so gut.
Das ist nicht die richtige Begründung. Es wirkt eine Nettokraft, sonst würde die ISS geradeaus fliegen statt um die Erde herum. Dass die Astronauten nicht auf den Boden fallen, liegt daran, dass sie durch diese Kraft die gleiche Beschleunigung erfahren wie die ISS und somit kein Kraftüberschuss da ist, der sie auf den Boden drücken würde.
Warum sind Astronauten aber schwerelos, wenn sie – statt um die Erde zu kreisen – geradeaus zum Mond fliegen? Hier gibt es ja keine
Zentrifugalkraft, die die Schwerkraft aufhebt?
Auch hier ist die Begründung die gleiche: Alle Gravitationskräfte, die am Wirken sind, ob vom Mond oder von der Erde, führen zur gleichen Beschleunigung auf Besatzung und ISS, also ist kein Unterschied in den Beschleunigungen von Besatzung und ISS da, der Besatzung und ISS gegeneinander verschieben würde.
Die Astronauten würden nur dann eine Beschleunigung fühlen, wenn eine Kraft nur auf die ISS wirkt, nicht aber auf sie selbst. Das passiert zum Beispiel, wenn die Triebwerke an sind.
Astronauten sind nicht ganz schwerelos wenn sie zum Mond fliegen. Es wirken mehrere Kräfte: Die Anziehungskraft der Erde und die Anziehungskraft des Mondes sowie Beschleunigungskräfte.
In einem Raumschiff das ausreichend weit von der Erde und dem Mond entfernt ist und das ohne Beschleunigung fliegt wirken zwar auch noch Anziehungskräfte aber diese sind so gering dass sie wahrscheinlich nicht fühlbar sind.
Stimmt, sonst wären Astronauten in der ISS ja auch nicht schwerelos.
Je weiter Du von der Erde weg bist, desto geringer wird der Einfluß der Gravitation. Streng genommen ist der Einfluß nicht "0", aber so gering, dass der in der Regel vernachlässigt werden kann.
Solange das Triebwerk abgeschaltet ist und keine inneren Kräfte wirken, haben die Astronauten und das Raumschiff exakt die gleiche Geschwindigkeit. Etwaige Gravitationswirkungen sind für Raumschiff und die Astronauten identisch, aber im Raumschiff bemerkt man keine Beschleunigung, ebenso, wie man im Fallturm sich schwerelos fühlt, obwohl man beschleunigt wird.
Gruß, H.
sowie ich die vielen , teils haarsträubenden Antworten hier überfliegen konnte, ist das hier die einzige physikalisch fundierte Antwort.
Hallo MonkeyKing, das hast Du falsch verstanden!
Die Wortbildung "Schwerelosigkeit" ist schon irreführend, siehe dazu meine Antwort oben. Und Du nimmst das leider auch noch wörtlich. Jeder Körper ist immer und überall den Gravitationsfeldern zahlloser Himmelskörper ausgeliefert. Und genau die Reduzierung darauf nennen wir den Zustand der Schwerelosigkeit. Gemeint ist der freie Fall, die Abwesenheit aller Kräfte außer den Gravitationskräften. Dieser Zustand ist bei der Mondrakete z.B. gegeben, solange zwischen Start und Landung das Triebwerk abgeschaltet ist. Oder beim bekannten Parabelflug mit Flugzeugen.
Mit anderen Worten: Gravitationskräfte spürt man nur, wenn man durch sie auf einen entgegen wirkenden Boden gedrückt wird. Der freie Fall oder die Schwerelosigkeit ist die Bodenlosigkeit!