Scheinkräfte

[julian apostata]

Wenn ich ehrlich bin, ist mir hier eigentlich gar nicht so richtig klar, worüber hier gestritten wird. Ich hoffe aber trotzdem, dass diese Zeichnung etwas zum Thema beitragen kann. Die hab ich (Willi Windhauch) nämlich mal zum Thema Weltraumlift erstellt.

Habt ihr euch nämlich schon mal überlegt, wie eine Spinne spinnen muss, damit sie in ihrer geostationären Umlaufbahn bleiben kann? Hier die Antwort.

http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Weltraumlift#Auswirkungen_-_Energiebilanz



Das Rote zieht nach oben=aussen=Zentrifugalkraft

Das Schwarze zieht nach unten=innen=Zentripetalkraft

[Kurt]

Eine Kraft die nach innen zeigt ist weder bei Stillstand noch bei Drehung des Karussells vorhanden.

Ja Kurt, wenn Du es sagst. Dann sind es eben Elfen, die die Bahn der Gondel nach innen ablenken.

Natürlich sage ich dass.
Meine obige Aussage beruht auf der Messung auftretender Kräfte mittels einer Probemasse die in einer Kugel eingeschlossen ist.
Es ist also eine Entkopplung von irgendwelchen "Seilen" oder sonstigen, die Masse direkt beeinflussenden Umständen, vorhanden.
Und da zeigt sich halt einfach dass die Kugel einerseits, von ihrer eigenen Gravitation bedingt, eine Kraft nach -unten- ausübt, andererseits eine Kraft nach aussen ausübt wenn das Karussell sich dreht.

In keinem Fall, weder bei Stillstand oder Drehung des Karussells, ist laut Probekörper eine Kraft vorhanden die nach innen zeigt.
Also sind es Elfen die diese Kraft behaupten, denn sie ist nicht vorhanden.
Es entstehen auch keine anderen Kräfte wenn der Beobachter sich gerade ein Gockerl einverleibt, oder er dafür bezahlt hat dass er -im System- Karussell , mitgondeln darf.


Gruss Kurt

[Lothar Pernes]

Gleiche Bedingung wie im vorhergehenden Beispiel. Masse, Bahngeschwindigkeit usw. ist alles identisch. Insbesondere sind Gewichtskraft und Zentripetalkraft gleich groß. Geänderte Situation: Die Masse befindet sich am tiefsten Punkt der Kreisbahn.

Frage: Wieso ist die Masse dort scheinbar schwerelos?

Guten Morgen, Highway.
Diese Deine Looping-Argumente sind hier schon einmal eingestellt worden, und zwar direkt an Herrn Maurer gerichtet http://www.mahag.com/neufor/viewtopic.php?f=6&t=353&start=2680#p34574
Herr Maurer hat es natürlich vorgezogen, diese Argumente zu ignorieren.

Es ist deshalb sehr gut, daß Du diese Argumente, etwas allgemeiner formuliert und auf den Punkt gebracht, noch einmal einstellst.

Da Herr Maurer auch kürzlich die Fragen nach dem die Zentrifugalkraft erzeugenden Körper und nach dem Körper, auf den diese Zentrifugalkraft wirkt, gestellt hat, wohl in der Beweis-Absicht, daß der Zentrifugalkraft kein reactio-Körper zugeordnet werden könne, darf ich nochmal darauf hinweisen, daß diese Looping- oder Motorradkäfig-Argumente auch eindeutig beweisen, daß die Zentrifugalkraft in einer direkten actio-reactio Beziehung zur Zentripetalkraft steht.

Vielleicht ist Herr Maurer nun dank Deiner Looping-Argumente eher in der Lage, auf den entsprechenden Beitrag http://www.mahag.com/neufor/viewtopic.php?f=6&t=353&start=2680#p34574
zurückzugehen und ihn nun zu verstehen:

Die Käfigschale ruht und bestimmt mit ihrer Form die Kreisbahn. Das Motorrad fährt auf dieser Kreisbahn ohne eine ins Zentrum gerichtete Zugkraft z.B. durch ein Seil.
Die Kreisbewegung des Motorrades im inertialen Bezugssystem muß deshalb von einer zentripetalen Druckkraft kommen, welche das Motorrad auf die Kreisbahn zwingt.

Diese zentripetale Druckkraft entsteht nicht von allein und ist auch nicht die einzige hier wirkende Kraft. Sie entsteht in direkter actio-reactio-Wechselwirkung mit der Fliehkraft, so daß hier Fliehkraft des Motorrades und Zentripetal-Druckkraft der Kugelschale in direkter Beziehung zueinander erstens actio und reactio erfüllen, und zweitens zueinander im Gleichgewicht stehen, also entgegengesetzt gleich groß sind, soweit nicht dieses Gleichgewicht zwischen Fliehkraft und Gegenkraft bereits durch andere Kräfte (z.B.Gewicht, z.B.Reaktionskraft) erfüllt wird.

Die einfache Möglichkeit, hierbei die Zentripetalkraft durch andere Kräfte ((z.B.Gewicht, z.B.Reaktionskraft) zu ersetzen, zeigt, daß hier nicht die Zentripetalkraft die entscheidende Kraft ist, sondern die Zentrifugalkraft! Daß also hier die Zentrifugalkraft actio, und die Zentripetalkraft allenfalls reactio ist.

Mit freundlichen Grüßen
L. Pernes

[Ernst]

Und da zeigt sich halt einfach dass die Kugel einerseits, von ihrer eigenen Gravitation bedingt, eine Kraft nach -unten- ausübt, andererseits eine Kraft nach aussen ausübt wenn das Karussell sich dreht.
In keinem Fall, weder bei Stillstand oder Drehung des Karussells, ist laut Probekörper eine Kraft vorhanden die nach innen zeigt.

Quatsch. Wo wirkt denn was auf Deine innere Kugel. auf die Kuge wirkt die Kraft von der Außenwand, und die drückt die Kugel nach innen.
Du stehst nach ganz auf Anfang.
Must mal lesen, was da in den vergangenen 3000 Posts geschrieben ist und Dir nicht selbst solchen Unfug ausdenken.

Gruß
Ernst

[Ernst]

Frage: Wieso fällt die Masse am höchsten Punkt nicht einfach zur Erde?

Scherzfrage?
Die Antwort hast Du ja gleich mit eingezeichnet: Weil sie sich gleichzeitig mit dem Fall ja auch noch horizontal mit der Geschwindigkeit v bewegt.

Gruß
Ernst

[Ernst]

Frage: Wieso ist die Masse dort scheinbar schwerelos?

Coriolis017.PNG

Sie ist (bei deinen speziellen Relationen) in Summe kräftefrei und fliegt in diesem differentiellen Moment horizontal. Nimm 'nen Ball und werfe ihn streng horizontal. Im ersten differentiellen Moment fliegt er auch horizontal.

Gruß
Ernst

[Harald Maurer]

Eine Masse rotiert auf einer senkrecht zur Erde stehenden Kreisbahn (Looping) um das Zentrum Z. Die Gewichtskraft (grün) soll gleich groß der Zentripetalkraft (rot) sein.

Frage: Wieso fällt die Masse am höchsten Punkt nicht einfach zur Erde?

Das macht sie auch, wenn die Geschwindigkeit zu gering ist!
Nehmen wir an, es handelt sich um eine senkrecht rotierende Gondel, in welcher eine 100 kg schwere Person sitzt.
Diesem senkrecht rotierenden Karussell verleihen wir einen Radius von 10 m.
Die Fallbeschleunigung betrage 9,81 m/s².
Und die Geschwindigkeit v soll am höchsten Punkt etwa 10 m/s betragen.

Die Forderung, die Gewichtskraft möge gleich groß der Zentripetalkraft sein, ist verfehlt, weil hier die Gewichtskraft F_g bereits ein Teil der Zentripetalkraft F_zpetal ist. Die Zentripetalkraft ist stets die Summe aller hier auftretenden Kräfte. Dazu gehört auch die Kraft, mit welcher die Gondel gegen die Masse der Person gedrückt wird, weil sie ihr ständig die inertiale, tangentiale Bewegung abschneidet. Diese Kraft wollen wir Normalkraft F_n nennen. Sowohl die Gewichtskraft F_g als auch die Normalkraft F_n zeigen hier nach unten!
F_res = F_zpetal = F_noben + F_g = F_noben + mg
F_noben + mg = mv²_oben/r
F_zpetal = mv²oben/r
F_noben = mv²oben/r-mg
Diese Normalkraft ergibt auch das Gewicht, das der Insasse der Gondel fühlt. Errechnet sich diese Kraft negativ, weil die Geschwindigkeit zu klein ist, heißt das, dass die Person aus der Gondel fällt und ihr die Gondel folgt... Wer das mit den gegebenen Größen durchrechnet, wird feststellen, dass in diesem Beispiel die Geschwindigkeit oben noch mindestens ca. 9,905 m/s betragen muss, damit die Person in der Gondel bleibt. Bei dieser Grenzgeschwindigkeit beträgt die F_n Null, d.h. die Person fühlt sich in diesem Moment am obersten Punkt schwerelos. Und das wird so mancher schon in einer Achterbahn_Looping gespürt haben.

Gleiche Bedingung wie im vorhergehenden Beispiel. Masse, Bahngeschwindigkeit usw. ist alles identisch. Insbesondere sind Gewichtskraft und Zentripetalkraft gleich groß. Geänderte Situation: Die Masse befindet sich am tiefsten Punkt der Kreisbahn.

Frage: Wieso ist die Masse dort scheinbar schwerelos?

Diese Frage ist von vornherein falsch gestellt, weil die Masse hier auf keinen Fall schwerelos wird! Diesen Zustand hatten wir am oberen Punkt, unten tritt genau das Gegenteil ein. Die gleiche Bedingung kann auch nicht vorliegen, weil unten die Geschwindigkeit stets höher sein wird als am oberen Punkt. Aber ignorieren wir das der Einfachheit halber. Die Rechnung ist nicht viel anders, nur zeigen hier die Normalkraft F_n nach oben und die Gewichtskraft F_g nach unten. Demnach:
F_res = F_zpetal = F_nunten - F_g = F_nunten - mg
F_nunten - mg = m v²unten/r
F_zpetal = mv²unten/r
F_nunten = mv²unten/r+mg
Wer's durchrechnet, wird feststellen, dass bei v=9,905 m/s am unteren Punkt keinesfalls Schwerelosigkeit auftritt, sondern die Person sich schwerer vorkommen wird, weil Gewichtskraft und Normalkraft zueinander wirken und der Druck zwischen Gondel und Person sich erhöht. Das kann mehrere g ausmachen.
Eine Achterbahn muss man daher so konstruieren, dass am oberen Punkt noch eine ausreichende Geschwindigkeit vorliegt und andererseits am unteren Punkt g's auftreten, die ein Mensch noch aushalten kann.

Das kann man alles vom rotierenden BS aus mit einer einzuführenden Zentrifugalkraft rechnen, wobei an der in diesem BS ruhenden Gondel bei jeder Umdrehung die Erde mit ihrer Gravitation vorbeikommt. Das macht die Sache nicht unbedingt viel einfacher.

Und auf die Fatasiephysik des Herrn Pernes gehe ich nicht ein, er kann ja diese Rechnung selbst auf seinen Motorradkäfig anwenden, um zu erfahren, dass die Zentrifugalkraft nicht die Rolle hat, die er ihr zuschreibt.


Grüße
Harald Maurer

[Ernst]

Die einfache Möglichkeit, hierbei die Zentripetalkraft durch andere Kräfte ((z.B.Gewicht, z.B.Reaktionskraft) zu ersetzen, zeigt, daß hier nicht die Zentripetalkraft die entscheidende Kraft ist, sondern die Zentrifugalkraft! Daß also hier die Zentrifugalkraft actio, und die Zentripetalkraft allenfalls reactio ist.

http://www.physik.uni-regensburg.de/didaktik/Prfgsvorb/SchV_Mechanik.pdf:

Falschvorstellungen Auszug:

10. Zentrifugal und Zentripetalkraft
Bei einer Bewegung auf einem Kreisbogen dominiert die Zentrifugalkraft. Nach Aufforderung, die für die Bewegung relevanten Kräfte einzuzeichnen, beginnen auch Leistungskursschüler
und Studenten typischerweise zuerst mit der Zentrifugalkraft, weil das Auto ja nach außen gezogenwird;

(c) Die Fliehkraft ist die Gegenkraft zur Zentripetalkraft.
Bei Kreisbewegungen wirkt nach durchgängig vorhandener Auffassung von Schülern und Studenten immer eine nach außen gerichtete Zentrifugalkraft. Insbesondere leistungsstarke Schüler argumentieren, daß eine Zentrifugalkraft vorhanden sein müsse, die die Zentripetalkraft kompensiere, weil sich sonst der Körper radial nach innen bewegen würde.

Wenigstens entsprechen Deine Fehler denen von Leistungsschülern. Aber die lernen ja noch.

Ernst

[Ernst]

Frage: Wieso fällt die Masse am höchsten Punkt nicht einfach zur Erde?

Alle Deine Fragen dazu sind hier beschrieben, beantwortet und analytisch erklärt. Abschnitt b) und c)

http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/9/achterbahn/looping.htm

Gruß
Ernst

[Ernst]

...Die Kraft der "Massenträgheit" ... ist kleiner als die angreifende Kraft...

Schön, daß Du es immer wieder erwähnst. Eventuell fällt dann bei dir irgendwann der Groschen, daß nach Newton2 der angreifenden Kraft ein endlicher Widerstand der Trägheit der Masse entgegengesetzt ist, so daß die Kraft eine Beschleunigung der Masse verursachen kann.
Daß Du das ewig verwechselst mit Newton 3 und du ständig ein Gleichgewicht aus Zentripetal- und Zentrifugalkraft erfindest, was eben nach Newton 2 gar keine Beschleunigung auf den Kreis bewirken kann, entspricht sogar den beschriebenen Fehlern der leistungsschwachen Schüler. Du machst 100% der genannten Schülerfehler. Der fehlerkatalog ist Dir auf den Leib geschneidert.


Gruß
Ernst