Hannes hat geschrieben:1. Welche Beobachtung, welches Axiom bestätigt deine Aussage,dass es in einem IS keine Trägheitskräfte gibt, aber in einem rotierenden BS sehr wohl?
Du kannst dies selbst durch Beobachtung feststellen (auch Newton hat seine Erkenntnisse aus der Beobachtung gewonnen).
Du stehst in einem mit gleichförmiger geradliniger Geschwindigkeit fahrenden Eisenbahnwagen. Dieser Wagen ist ein Inertialsystem, denn gleichförmig linear bewegte Bezugssysteme sind Inertialsysteme. Was spürst Du? Spürst Du irgendeine Kraft? Nein. Alles verhält sich so, als würde der Eisenbahnwagen ruhen. Du könntest in diesem Inertialsystem alles störungsfrei tun, Ball spielen, Billiard spielen, was immer auch... Du könntest zwischen einem inertial bewegten oder stillstehenden Eisenbahnwagen mit keinem mechanischen Experiment einen Unterschied feststellen. Es treten keinerlei Kräfte auf, die dir den Bewegungszustand verraten könnten. Man sagt, ein Inertialsystem ist kräftefrei, egal ob es sich bewegt oder nicht. Ich denke, diese Beobachtung wirst Du schon oft gemacht haben. Also wirst Du bestätigen müssen, dass in diesem Inertialsystem gar keine Kräfte auftreten, auch keine Trägheitskräfte. Das liegt daran, dass sich in diesem Inertialsystem alle Körper, auch Du selbst, gleichermaßen inertial bewegen. Um den Eisenbahnwagen, den Inhalt oder Dich aus diesem bewegten oder ruhenden Zustand zu bringen, muss auf den Wagen oder dich oder auf sonstwas im Wagen eine Kraft ausgeübt werden. Darauf bezieht sich das 1. Axiom Newtons:
„Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Translation, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird.“Also halten wir fest: In einem Inertialsystem treten keinerlei Kräfte auf, und selbstverständlich auch keine Trägheitskräfte! Man spürt keine und kann experimentell auch keine nachweisen!
Hannes hat geschrieben:2. Auf welches Experiment kannst du deine Aussage zurückführen ?Welches Experiment bringt den Beweis, dass die auftretenden Kräfte nicht in jedem BS vorhanden sind?
Du selbst führst dieses Experiment durch. Du rufst mit Deinem Handy den Zugführer an und forderst ihn auf, er möge doch den Zug schneller machen, du hättest es eilig. Der Zugführer dreht am Geschwindigkeitsregler und die Lokomotive übt nun auf den Eisenbahnwagen eine Kraft aus und ändert seine Geschwindigkeit. D.h. nun wird der Wagen beschleunigt und damit wird das Bezugssystem, in dem Du dich befindest, zu einem beschleunigten und ist
kein Inertialsystem mehr. Was spürst Du während der Geschwindigkeitserhöhung? Bist Du zuvor noch störungsfrei dagestanden, musst Du dich nun am Haltegriff festhalten, sonst verlierst Du das Gleichgewicht. Denn Du spürst jetzt plötzlich eine Kraft, und es kann sein, dass dein neben dir abgestellter Koffer plötzlich umfällt! Und ein Ball, der zuvor ruhig dagelegen war, rollt nun plötzlich davon. Keine Frage, da treten auf einmal Kräfte auf, die dich und den Koffer etc. aus dem ursprünglichen Bewegungszustand bringen. Darauf bezieht sich das 2. Axiom Newtons:
„Die Änderung der Bewegung einer Masse ist der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional und geschieht nach der Richtung derjenigen geraden Linie, nach welcher jene Kraft wirkt.“Diese Kräfte nennt man Trägheitskräfte. Du wirst also aufgrund deiner eigenen Beobachtung feststellen: Im Inertialsystem treten keine Trägheitskräfte auf, im beschleunigten Bezugssystem aber schon! Trägheitskräfte treten demnach nicht in
jedem Bezugssystem auf!
Hannes hat geschrieben:3. Welches Naturgesetz bestätigt deine Behauptungen?
Es sind die Naturgesetze, die Newton aufgestellt hat. Zwei davon habe ich gerade zitiert. Aber wir setzen das Experiment fort. Du stehst am Bahnhof und beobachtest einen Zug, der gerade einfährt. Du stehst völlig störungsfrei da und spürst keine Kräfte, du befindest dich also in einem Inertialsystem. Du guckst in einen Wagen und siehst dort einen Ball, der solange sich der Wagen gleichförmig bewegt, im Wagen ruhig und ungestört da liegt, obwohl sich der Wagen mit gleichförmiger Geschwindigkeit zum Bahnhof bewegt. Auf den Ball wirkt demnach keine Kraft. Nun bremst der Zug, verändert also seine Geschwindigkeit und wird dadurch zu einem beschleunigten Bezugssystem. Was siehst Du? Der Ball rollt auf einmal auf die Vorderwand des Wagens zu. Als Du dich selbst im Wagen befandst, hast Du festgestellt, dass diese Ballbewegung auf eine Trägheitskraft zurück geführt werden muss. Aber was siehst Du außerhalb des Wagens? Der Zug wird langsamer, aber der Ball behält bloß seinen ursprünglichen Bewegungszustand bei! Er hat sich zuvor inertial bewegt und macht das auch weiterhin. Wenn er seinen Zustand gar nicht ändert, hat auch keine Kraft auf ihn eingewirkt! In dem Inertialsystem Bahnhof wirkt also keine Kraft auf den Ball ein, das siehst Du ganz deutlich - aber wenn Du dich im Wagen befindest, führst Du die Ballbewegung, die in diesem beschleunigten Bezugssystem auftritt, auf eine Trägheitskraft zurück. Die Schlussfolgerung muss daher sein: auf den Ball wirkt im Bezugssystem Bahnhof keine Trägheitskraft ein, denn er ändert hier seinen Bewegungszustand nicht, im beschleunigten Bezugssystem Wagen hingegen haben wir eine Trägheitskraft dafür verantwortlich gemacht, dass er sich plötzlich auf die Vorderwand zubewegt.
Im beschleunigten (bremsenden) Wagen tritt demnach eine Trägheitskraft auf. Im Inertialsystem Bahnhof hingegen nicht! Denn der Ball hat bezogen auf den Bahnhof bloß seine Geschwindigkeit beibehalten, als der Zug bremste. Jetzt wirst Du wohl nicht bestreiten können, dass es vom Bezugssystem abhängt, ob eine Trägheitskraft auftritt oder nicht!
Hannes hat geschrieben:4. Auf welche Theorie führst du deine Behauptungen zurück ?
Das sind keine Behauptungen sondern Feststellungen, die Du jederzeit selbst treffen kannst. In beschleunigten Bezugssystemen spürst Du Trägheitskräfte, in Inertialsystemen nicht. Beobachtest Du von einem Inertialsystem aus ein beschleunigtes Bezugssystem, wirst Du keine Trägheitskräfte annehmen können, weil irgendwelche Gegenstände, die in Bezug zum beschleunigten Bezugssytem ihren Zustand ändern, dies in Bezug zu deinem Beobachterstandpunkt Inertialsystem nicht tun! Wenn Du dich also in einem Inertialsystem befindest, kannst Du weder in deinem eigenen Bezugssystem noch in einem anderen Bezugssystem Trägheitskräfte feststellen, egal ob sich das andere Bezugssystem bewegt, beschleunigt bewegt oder inertial bewegt oder ruht. Es geht also immer nur darum, wo du dich befindest. Befindest Du dich in einem beschleunigten Bezugssystem, gibt es Anlass, Trägheitskräfte anzusetzen, denn du beobachtest und spürst eine Kraftwirkung. befindest du dich in einem Inertialsystem, gibt es nirgendwo irgendeine Beobachtung oder Kraftwirkung, die du auf Trägheitskräfte zurückführen müsstest. Was in einem von dir beobachteten beschleunigten Bezugssystem auf eine Trägheitskraft zurückgeführt wird, ist ja in deinem Inertialsystem, von dem aus du beobachtest, bloß eine Beobachtung und Bestätigung des 1. Axioms Newtons! Da ist keine Kraft am Ball, im Wagen wird aber eine Kraft festgestellt, sie tritt also nur im beschleunigten BS auf! Da die Ursache für diesen Unterschied in der Trägheit des Balls liegt, welche die Einhaltung des 1. Axioms Newtons bewirkt, und - wie du selbst vom Inertialsystem aus feststellen musst - da gar keine Kraft auf den Ball wirkt, im Wagen jedoch eine Kraft lt. Newtons 2. Axiom angenommen werden muss, handelt es sich um eine Scheinkraft, weil sie nur vom Bezugssystem abhängt. Bist du im beschleunigten Wagen, ist sie da, bist du am Bahnhof, ist sie weg! Man sagt, die Kraft verschwindet, wenn man vom beschleunigten Bezugssystem in ein Inertialsystem transformiert.
Hannes hat geschrieben:5. Gibt es irgend eine andere Erklärung, die beweist, dass in einem IS keine Trägheitskräfte auftreten?
Übertragen wir nun unsere Feststellungen auf ein rotierendes Bezugssystem. Das ist kein Inertialsystem, denn ein Körper in diesem rot. BS ändert ständig seine Richtung und bewegt sich nicht nach Newtons 1. Axiom, solange er mit dem BS mitrotiert. Beobachtest Du einen Gegenstand in diesem BS, der seinen Halt verliert, siehst Du, dass er plötzlich aus dem BS hinaus fliegt, er ändert also seinen Bewegungszustand und dafür muss man lt. Newtons 2.Axiom eine Kraft verantwortlich machen. Eine Trägheitskraft. Die ist aber schon im rot. Bezugssystem von vornherein vorhanden, weil das BS kontinuierlich beschleunigt ist. Daher spürst Du diese Kraft, wenn Du dich im rot. BS befindest und kannst sie jederzeit experimentell feststellen. Keine Frage, im rot. Bezugssystem treten Trägheitskräfte auf. Diese nennt man Zentrifugalkräfte, weil sie vom Rotationszentrum aus radial nach außen führen, was man ganz deutlich verspüren kann. Nun stellst Du dich außerhalb des rot. BS hin und da stehst Du ganz ruhig und ungestört und befindest Dich daher in einem Inertialsystem. Du guckst in das rot. BS und beobachtest einen Gegenstand, der seinen Halt verliert und aus dem BS hinausfliegt. Für dieses Hinausfliegen hast du im rot. Bezugssystem eine Trägheitskraft verantwortlich gemacht (Zentrifugalkraft). Was aber siehst Du vom Inertialsystem aus? Du siehst, dass der Gegenstand von dem Moment an, an welchem er seinen Halt verliert, bloß seinen gerade gegebenen Bewegungszustand beibehält und sich geradeaus linear mit gleichförmiger Geschwindigkeit weiter bewegt! Da ist also nur Newtons 1. Axiom im Spiel und auf den Gegenstand hat keine Kraft eingewirkt, die ihn aus dem rot. BS hinaus beschleunigt hätte. Der Gegenstand bewegt sich - vom Inertialsystem aus beurteilt - nur aufgrund seiner Trägheit weiter, nichts und kein anderer Körper hat eine Kraft auf ihn ausgeübt! Im Inertialsystem gibt es die im rot. BS anzunehmende Zentrifugalkraft also nicht! Es gibt ja keine Veranlassung, eine solche zu vermuten; da ist nur Newton I, und sonst gar nichts. Das heißt, die Trägheit des Gegenstands wirkt sich IM rot. BS als Trägheits
kraft aus, im Inertialsystem hingegen ist es nur die Trägheit nach Newton I. Und hier ist das keine Kraft, sondern eine Eigenschaft der trägen Masse - und dass da keine Kraft im Spiel ist, ersieht man schon daraus, dass ein inertialer Bewegungszustand gleichgestellt mit einem ruhenden Zustand ist. Newton hat ja festgestellt:
„Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Translation, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird.“ Also kannst Du nicht bestreiten, dass im rot. Bezugssystem eine Zentrifugalkraft auftritt, die es im Außensystem (Inertialsystem) nicht gibt! Zentrifugalkraft oder nicht hängt also vom Bezugssystem ab, ganz gleich wie die Trägheitskraft vorhin beim Beispiel mit dem Eisenbahnwagen!
Es gilt also nach wie vor der Grundsatz: Trägheitskräfte treten nur in beschleunigten BS auf, und in Inertialsystemen niemals! Das heisst, die Trägheit eines Körpers wird nur in beschleunigten Bezugsystemen als Trägheitskraft wirksam, und das ist eine Scheinkraft, weil sie bei Transformation ins Inertialsystem verschwindet, verschwinden muss, denn in Inertialsystemen gibt es eben Trägheitskräfte nie und nirgends!
Wer also hier behauptet, die Zentrifugalkraft gäbe es in
jedem Bezugssystem, es gäbe sie also sowohl im rot. BS als auch im Inertialsystem, hat Newtons Axiome nicht verstanden und beherrscht die grundlegendsten Prinzipien der Mechanik nicht! Die Trägheitskraft, die ja eigentlich nicht existiert, sondern in beschleunigten Bezugssystemen der Trägheit zugeschrieben wird, kann demnach auch keine Reaktionskraft nach Newton III sein. Denn Aktions- und Reaktionskräfte nach Newtons 3. Axiom können nicht durch Bezugssystemwechsel wegtransformiert werden. Die gibt es immer, wenn ein Körper auf einen anderen Körper eine Kraft ausübt. Trägheitskräfte, also Scheinkräfte gehören da nicht dazu! Als Reaktionskraft ist die Zentrifugalkraft schon deshalb ausgeschlossen, weil sie auf denselben Körper wie die Zentripetalkraft wirkt. Und diese Wirkung kann nur im beschleunigten Bezugssystem einer Zentrifugalkraft zugeschrieben werden, im Inertialsystem gibt es nur die Zentripetalkraft und die Trägheit, also das Beharren einer Masse, sich getreu nach Newton I zu verhalten.
Dazu noch Newtons 3. Axiom:
„Kräfte treten immer paarweise auf. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus (actio), so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A (reactio).“Da von Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft derselbe Körper betroffen ist, brauchen wir uns um dieses Axiom nicht zu kümmern.
Hannes hat geschrieben:6. Welche sonstige Definition oder Festlegung bringt dich auf deine Behauptung ?
Da braucht man keine Festlegungen oder Definitionen außer den Newtonschen Gesetzen. Die sagen bereits alles aus. Nur richtig verstehen sollte man sie eben!
Die Missverständnisse in dieser Debatte gehen darauf zurück, dass man 1. Probleme mit den Bezugssystemen hat, 2. die Trägheit an und für sich schon als Kraft ansieht und 3. die Zentrifugalkraft fälschlich als Reaktionskraft zur Zentripetalkraft bezeichnet. Fehler dieser Art wird man leider auch in der Literatur vorfinden, sollten aber zumindest ausgebildeten Physikern nicht unterlaufen.
Grüße
Harald Maurer
