Erdrotation?

[BeatmasterAlex]

Hallo, Ihr Lieben!
Wie, das wars jetzt schon mit Erdrotation? Auf Relativität sind wir doch noch nichtmal zu sprechen gekommen ...
Alex

[Peterle]

... doch, doch, Alex,

implizit sind wir ja laengst nicht nur in der speziellen, sondern sogar in der allgemeinen Relativitaetstherorie...

Dem Vernehmen nach soll das bald Lernstoff fuer die theoretische PPL-Pruefung werden, wenn's nach den Beamten geht..

(just kidding)

Peterle

[Hans Tobolla]

Hallo Freunde,

Das Wirrwarr mit den Schein- und sonstigen Kräften ließ mir einfach keine Ruhe und deshalb habe ich mich entschlossen, nun noch mal darüber nachzudenken, mit allen Risiken, die man dabei unvermeidlich eingeht.

Zunächst habe ich mich nun endlich mal aufgerafft und in einem Physikwälzer nachgeschlagen, wie dort der Begriff Initialsystem definiert ist:

„Ein Koordinatensystem x y z t heißt Inerialsystem, wenn sich ein kräftefreier Massepunkt in seinem Rahmen gleichmäßig geradlinig fortbewegt oder ruht.“

Ein Inertialsystem ist auf unserer Erde und ihrer Umgebung eigentlich überhaupt nicht zu finden. Ich müsste mich dazu mit einem Raumschiff weit in den Weltraum begeben, und dort weitab jeder anziehenden Sternenmasse antriebslos verharren.
Also, wenn der Alex dem HP beim Kurvenfahren zuschaut, darf der Alex nicht glauben (das tut er wohl auch nicht) dass er von einem Inertialsystem aus beobachtet.

Die Bezeichnung „Scheinkraft“ wird in der Physikliteratur so gebraucht, wie es der Alex beschrieben hat: Die Kräfte, die nicht zu den fundamentalen Kräften gehören, sind demnach Scheinkräfte.

Wenn sich eine Masse in einem Gravitationsfeld befindet, so wirkt auf ihr die (fundamentale) Gravitationskraft. Will ich den Geschwindigkeitsvektor der Masse ändern, so brauche ich dazu eine Beschleunigungskraft um die Trägkeitskraft zu kompensieren. Die beiden letztgenannten Kräfte sind in diesem Sinne natürlich Scheinkräfte. Genau diese fundamentale Gravitationskraft und Scheinkräfte wirken auf die Besatzung eine Flugzeugs, wenn dieses z. B. nach einem Looping angefangen wird. Dabei können die Scheinkräfte so stark werden, dass Besatzungsmitglieder ohnmächtig werden. Mir selbst ist das schon passiert, bei 6g. Diese Scheinkräfte wirken natürlich nicht nur auf die Besatzung sondern könnten auch das Flugzeug beschädigen, wenn sie zu stark werden. Um das zu überwachen, sind in den Flugzeugen Beschleunigungssensoren eingebaut.

Ich denke jetzt, dass die Bezeichnung „Scheinkraft“ für diese nicht fundamentalen Kräfte derartig irreführend ist , dass man sie besser nicht mehr dafür benutzen sollte. Die Vorsilbe „schein“ bedeutet doch „nicht wirklich“, z. B. scheintot = nicht wirklich tot, also Scheinkraft = keine wirkliche Kraft, eine Kraft die nicht wirkt. Das ist natürlich vollkommen falsch, wenn man die tatsächliche Wirkung dieser Kräfte betrachtet, und deshalb ist es wirklich besser, diese bei einem Namen zu nennen, der auf ihre Ursache hinweist, z. B. Trägheitskraft.

Aus denen vom Erdboden aus beobachteten Bahndaten des Looping fliegenden Flugzeug kann jeder (hm, wirklich jeder?) Physikstudent die Trägheitskräfte („Scheinkräfte“) für Flugzeug und Besatzung berechnen. Auch ist es kein Problem, diese „Scheinkräfte“ durch die Wahl eines anderen Bezugssystems „wegzutransformieren“. Dazu muss man eigentlich nur das Bezugssystem von der Erdoberfläche in die drei Flugzeugachsen verlegen. Von diesem neue Bezugssystem aus gesehen befindet sich die Flugzeugbesatzung mit ihrem Flugzeug in Ruhe und die „Scheinkräfte“ sind rein rechnerisch formal richtig nicht mehr vorhanden. Nur, der Besatzung versackt weiterhin durch das hohe Lastvielfache das Blut in Bauch und Beine. Irgendwas muss da ja nicht stimmen!

Der Grund für diese Dissonanz liegt in dem neuen Bezugssytem (die drei Flugzeugachsen). Dieses Bezugssystem ist stark beschleunigt und deshalb kein Inertialsystem. Und – es ist auch kein Merkmal eines Inertialsystems, wenn die „Scheinkräfte“ plötzlich weg sind, oder sollte ich den Alex da vielleicht falsch verstanden haben?

Wenn man nun die tatsächlich wirkenden Trägheitskräfte aus der Flugbahn einer Masse berechnen will, so muss man grundsätzlich die Eigenschaften des Nicht-Inertialsystems mit berücksichtigen, von dem aus die Flugbahn bestimmt wurde. Es macht zumindest für den Techniker oder Ingenieur keinen Sinn, anders zu verfahren und dann in Gefahr zu laufen, Kräfte zu berechen, die an der Masse so gar nicht auftreten.

So gesehen, ist die Coriolis-Kraft nur das Ergebnis einer mathematisch formal richtigen Berechnung, bei der fälschlicherweise die Eigenschaften des rotierenden Bezugssystems nicht berücksichtigt wurden. Täte man das, dann gäbe es diese Kraft gar nicht. Deshalb mag ich eigentlich nur von einer Coriolis-Bahn sprechen.

Gruß!

Hans

[BeatmasterAlex]

Hallo, Hans!

Sehr schön! Meiner Meinung nach trifft Dein letzter Absatz genau ins Schwarze. Namen gaukeln uns häufig etwas vor, so auch bei der Coriolis"Kraft".
Auf der anderen Seite darf man natürlich nicht vergessen, dass jeder beliebige (?) physikalische Kraftmesser "Scheinkräfte"(*flüster*) anzeigt, sie also im Rahmen der phy. Realität existieren (da messbar).

Wie ich schon weiter oben gesagt habe: Scheikräfte machen Ärger. Zu einer Wirklich konsistenten Lösung zu kommen, die kein "ja, aber" zulässt, ist es in Hunderten von Jahren nicht gekommen. Zahlreiche Mathematiker hätten sich, wäre es ein Mathe-Problem, angesichts solchen Treibens schon das Leben genommen. Aber so sind die Physiker halt: Ein bischen wohlwollen beim Gegenüber wird vorausgesetzt.

Die von Dir gegebene Definition von Inertialsystem ist übrigens äquivalent zu meiner (einfacheren) Aussage: "IS sind Koordinatensysteme in denen F=m*a gilt". Ist F=0 => a=x"=0 => x'=v =const.

IS gibt es auf der Erde nicht: Punkt. Oder doch?! Was ist, wenn ich frei falle ? Sieht mich jemand, der neben mir mitfällt nicht in einem IS ?

Und hier wird es interessant! Einverstanden, dass man ein IS nicht vor einem anderen auszeichnen kann? Was folgt daraus?

Hans, danke für Deinen Beitrag und

Liebe Grüsse
Alex

[Hans Tobolla]

Hallo Alex,

allmählich wird es schwierig... Ich habe doch erhebliche Zweifel, ob man durch einen freien Fall ein Inertialsystem herstellen kann: In der Definition für ein Initialsystem ist von einem kräftefreien Massepunkt die Rede, aber ein freifallender Massepunkt ist nicht kräftefrei, sondern bei ihm ist nur die Summe aller Kräfte Null, das ist ein Unterschied.
Ähnliche Verhältnisse herrschen bei einer Raumsonde auf der Erdumlaufbahn. Dort ist auch die Summe aller Kräfte Null für jedes kleinsten Masseelement. Aber die Raumsonde bewegt sich auf einer Kreisbahn, ähnlich wie eine Person, die auf dem Äquator steht.

Gruß! Hans

[BeatmasterAlex]

Grüss Dich, Hans!

Einverstanden. Das mit dem SpaceShuttle ist übrigens interessant. Stell Dir ein SpaceShuttle vor, dass einen transpolaren Orbit (entlang eines Meridians) durchfällt. Steig doch mal mit mir ein.
Und jetzt "schweben" wir uns ruhig gegenüber.
Durch welches (mechanische) Experiment kannst Du entscheiden, dass ich nicht in einem IS bin?
Antwort: Einfach hinschauen!
Prinzip: In Wahrheit fallen da drei Körper: Das SpaceShuttle, Du, und ich. Und jeder Körper beschreibt einen Grosskreis um die Erde (hat einen eigenen Orbit), d.h, während wir beim senkrechten Überqueren des Äquators vielleicht einen Meter Abstand haben, nähern wir uns auf dem Weg zum Pol langsam an und rumsen am Pol zusammen. Wenn wir garnicht wüssten, dass wir im Shuttle sind, könnten wir aber aus dieser Bewegung sogar ableiten, dass wir uns auf einer Kreisbahn um einen Planeten befinden. Folglich sind wir nicht in einm IS (in einem IS kann man nämlich durch kein Experiment festellen, dass man sich bewegt). Ebenso fallen zwei Steine, die Du loslässt, einen mit der rechten, einen mit der linken Hand ja auf den Erdmittelpunkt, also auch aufeinander zu.

Über dem ganzen gesülze hab ich jetzt, ehrlich gesagt, vergessen, auf was ich hinauswollte ... Klasse, Alex! ...
...fällt mir nichtmehr ein.

Aber was anderes: Falls Du Spass an solchen Überlegungen hast, ein kleiner Lesetip: Geh doch mal auf die Seite des Institus für Theoretische Physik, zu einem meiner Lieblingsprofs, http://www.itp.uni-hannover.de/~dragon/Group.html
Dort gibt es ein Skript mit dem Namen "Geometrie der Relativitätstheorie".
Ganz hervorragend.

Wofür Flusimulanten doch gut sind.

... sorry, mir fällt's echt nicht mehr ein, ist wohl schon zu spät.
Man "sieht " sich,
Alex

[Wilko]

Hallo Physiker und Corolisspezialisten

Ich wollte nur mal ne Frage in den Raum werfen: Habt ihr gewusst, das ein modernes Trägheitsnavigationssystem beim initialisieren am Boden, die Nordrichtung anhand der Erdrotation bestimmt ?

Gruss

Wilko

[BeatmasterAlex]

Hi Wilko!

Erstmal: Herzlich willkommen!

Weisst Du Details?

Liebe Grüsse
Alex

[Wilko]

Hallo

Also wenn es jemanden interessiert, dann kann ich gerne erzählen, was ich über Trägheitsnavigationssysteme INS weiss.

Ich interessiere mich sehr für die Technik solcher Systeme, nicht nur rein beruflich.

MfG

Wilko

[hpfranzen]

Hi Wilko,

Kreiselsysteme, die sich selbständig nach Nord-Süd ausrichten, sind ja schon lange bekannt. Aber kannst Du mit einfachen Worten die Funktion erklären?

Happy landings!

HP