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THEMA: Woher bezieht die Feder ihre Kraft?

Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 08 Nov 2018 16:25 #44727

Wenn ich eine Feder spanne, speichert sie die aufgewendete Energie und wird schwerer. Bei der Entspannung wird die gespeicherte Energie frei und sie nimmt ihre ursprüngliche Form an. Meine Frage ist, wo befindet sich der Akku? Wenn es ein Feld sein soll, kann es ja nur Magnetismus oder Elektromagnetismus sein. Die Atomkerne dürften doch keine Rolle spielen. Sie sind doch viel zu klein, um von den makroskopischen Veränderungen betroffen zu sein. Da eine Feder aber auch Plastik gemacht werden kann, scheiden Elektromagnetische Felder meiner Ansicht nach aus.

Ich stelle diese Frage aus einem bestimmten Grund. Seit der Beschäftigung mit der SRT stelle ich mir die Frage stelle, ob die Orbitalgrenzen nicht Energie enthalten müssten. Wenn ich richtig liege, würde das den Federeffekt erklären. Ich kann allerdings auf einer völlig falschen Spur sein.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 09 Nov 2018 18:01 #44763

Spannungsenergie (Hooksches Gesetz). Im Grunde Elektromagnetismus.

Nachvollziehbare Mathematik ist notwendige Grundlage zur Beurteilung von physikalischen Modellen.
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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 10 Nov 2018 12:56 #44784

Wenn ich eine Feder zusammen drücke und mir einen Punkt auf der anschaue, dann könnte ich doch auch sagen, dieser Punkt hat die Koodinaten xyz und einen imaginären Vektor, der zu seinem Ursprungsort zeigt. Wenn ich diesen Vektor nicht kenne, muss ich ihn mittels des Hookschen Gesetzes aus einem komplexen Tensor der 4. Stufe ermitteln.
Wenn ich das so richtig verstanden habe, könnte man doch allgemein sagen, dass Verzerrungen eine Wirkung auf einen entfernten Punkt sind und sich in gespeicherter Energie auf einer imaginären Skala manifestiert. Hier sehe ich nämlich eine Parallele zur SRT.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 10 Nov 2018 20:07 #44795

Warum eine so komplizierte Betrachtung wie imaginärer Vektor für einen so einfachen linearen Vorgang?

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 11 Nov 2018 12:44 #44811

Es ist nur ein einfacher linearer Vorgang, wenn ich die "entspannte" Form kenne. Ansonsten stehe ich vor einem Problem mit riesigen Tensoren.
Ich sehe hier eine Analogie zur SRT. Wenn ich die entpannte Form kenne, lässt sich vielleicht eine wesentliche Vereinfachung finden. Zur SRT gibt es Analogien und Unterschiede: Bei einer Feder haben die Bezugssysteme gleiche Planck Einheiten, bei der SRT bezweifle ich das stark.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 13 Nov 2018 21:25 #44899

stillewasser schrieb: Es ist nur ein einfacher linearer Vorgang, wenn ich die "entspannte" Form kenne. Ansonsten stehe ich vor einem Problem mit riesigen Tensoren.

Wieso ein komplizierter Tensor? Die Feder hat zuallererst lineare Kraftwirkung. Um die genauen Daten der Feder zu ermitteln, wird man wohl diverse Messungen vornehmen müssen, das wird womöglich nicht einfach werden, aber das Resultat wird einfach sein. Auch wenn das Resultat vorher nicht bekannt ist, und es nicht so einfach zu ergründen ist, bleibt der Zusammenhang am Ende doch einfach, jedenfalls wenn es eine einfache Feder ist ....

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 15 Nov 2018 21:30 #44945

Den Tensor habe ich dem Hookschen Gesetz entnommen. Natürlich entfaltet er seine Komplexität nicht an diesem Beispiel. Mir geht es auch vielmehr um das Verständnis eines imaginären Vektors. Eine Feder ist da sehr anschaulich. Ich finde die Frage spannend, ob Wirkung und Raumzeitverzerrung nicht identisch sind. Die Wirkung einer Feder lässt sich sehr leicht verstehen. Wenn jetzt die Feder praktisch der umgekehrte Fall ist, indem sie Energie speichert, in dem sich nicht den Außenraum, sondern ihren Innenraum verzerrt, wäre die Analogie zur SRT perfekt.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 15 Nov 2018 22:08 #44947

stillewasser schrieb: wäre die Analogie zur SRT perfekt.

Ich sehe keine Analogie ... in der SRT gibt es keine Spannung und keine gespeicherte Energie oder Rückstellkraft.

Was Du unter einem imaginären Vektor verstehen willst, wird auch nicht klar. Von welcher Wirkung sprichst Du und von welcher Verzerrung. Dass unterschiedliche Beobachter die Raumzeit unterschiedlich wahrnehmen, ist keine Verzerrung. Das würde ja implizieren, dass es eine unverzerrte Wirklichkeit gäbe....

Schreibe doch einmal die Formel für Deinen imaginären Vektor nieder, vielleicht wird es dann verständlich, wovon Du sprichst.

Bewegung: v¹ = {x;y;z}
Vierervektor: uª = {t·c;x;y;z}

...aber imaginär????

Sprichst Du von komplexen Zahlen bei der Berechnung von Wellen?

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 16 Nov 2018 10:06 #44960

Ja, ich meine im Vierervektor die Zeitkoordinate ct. In der SRT ist es ja diese Koordinate, welche Energie aufnimmt und die Masse bzw. Trägheit des Raumes vergrößert. Die Veränderung dieser Kooridinate ist ja äquivalent zur Änderungen der Energie. Also fungiert sie als Energiespeicher. Dieser Speicher hat allerdings keine Rückstellkraft, sondern bleibt konstant und hält somit die Verzerrung des Raumes aufrecht.

Bei der Feder haben wir im entspannten Fall eine Zeitkoordinate fast 0, wenn man die Verzerrung durch die Masse der Feder ignoriert. Wenn ich die Feder spanne, dann wird ct > 0 und ich kann zu diesem imaginären Wert einen Vektor darstellen, der auf den entspannten Zustand zeigt. Durch die Energieaufnahme vergrößert sich die Masse der Feder und die Raumzeit wird verzerrt.

Eine unverzerrte Wirklichkeit gibt es auch in der SRT. Dazu muss man nur alles zum Stillstand bringen, um überall die Zeitkoordinate auf Null setzen zu können. Die in der Raumzeit gespeicherte Energie würde frei gesetzt und würde vollständig in Ruhemasse umgewandelt werden. Meine Vermutung ist, dass wir einen solchen Zustand als Schwarzes Loch bezeichnen.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 16 Nov 2018 10:46 #44961

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stillewasser schrieb: Die Atomkerne dürften doch keine Rolle spielen.

Doch, fast genau die. Um auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen: Trotz dass eine Feder einfach aussieht und durch das Hookesche Gesetz eine bestimmte Eigenschaft sehr einfach beschrieben werden kann, kommst Du beim Nachfragen neben den Formeigenschaften in die Abgründe der Festkörperphysik und landest am Ende in der Quantenmechanik. Such mal nach Stichworten wie Kristallgitter, Elastizitätsmodul, Bindungspotential. Salopp ausgedrückt bezogen auf das Bindungspotential - in den gespannten "Federn" zwischen den Atomen findest Du die gespeicherte Energie.

Wenn Du nach den Stichworten guckst, landest Du auch hier:
https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw_for_et/kap_2/backbone/r2_1_2.html
Die Form ist zwar nicht wirklich ansprechend meiner Meinung nach, aber da findest Du Einiges, gerade auch Vereinfachungen und Rechenexempel, die man in normalen Vorlesungen oft nicht findet. Ich meine die, wo zwar alles bis in die Tiefe theoretisch steht, aber man ab und an den Wald vor lauter Bäumen nicht sieht.

Mit SRT / ART / Raumkrümmung hat das nichts zu tun, auch nicht als entfernte Analogie. Sollte es es Dir nur um Deine eigene Idee diesbezüglich gehen, kannst Du meinen Beitrag einfach überlesen.
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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 16 Nov 2018 14:25 #44973

Nach der SRT führt eine Beschleuningung zu erhöhter Energie und zu einer Vergrößerung der Masse. Wo entsteht diese? Meiner Meinung nach geht sie in exakt diese Bindungsenergien. Jetzt muss diese gebundene Energie nur noch für eine Raumzeitkrümmung sorgen und dann ist alles genau so wie ich mir das vorstelle.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 16 Nov 2018 15:26 #44975

stillewasser schrieb: geht sie in exakt diese Bindungsenergien.

Bindungsenergie ist das exakte Gegenteil, Bindungsenergie ist immer negatv. Sonst wäre es ja keine Bindung.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 16 Nov 2018 18:28 #44980

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Ich glaube, Ihr solltet mal klären „welche“ Bindungsenergie Ihr meint.
z.B. Kann man als Bindungsenergie diejenige bezeichnen, die frei wird, wenn sich die Einzelbestandteile eben binden.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 16 Nov 2018 20:30 #44983

Rupert schrieb: Ich glaube, Ihr solltet mal klären „welche“ Bindungsenergie Ihr meint.
z.B. Kann man als Bindungsenergie diejenige bezeichnen, die frei wird, wenn sich die Einzelbestandteile eben binden.

Das ist die einzige, die es gibt, diese fehlt dem Ensemble nämlich nachher, die fehlende Energie ergibt die Bindung und genau diese fehlende (die vorher frei wurde) nennt man Bindungsenergie.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 17 Nov 2018 09:09 #44993

Ich meine die Bindungsenergie und dass sie negativ ist, passt sehr gut. Denn wenn ich die Energie erhöhe wird die Bindung schwächer und löst sich letztendlich auf. Genau das erwarte ich nahe Lichtgeschwindigkeit: Die Strukturen lösen sich vollständig auf. Hier sehe ich übrigens wieder eine Analogie und zwar zu den Phasenübergängen. Wird die Energie erhöht, werden schwache Bindungen zerstört und ein anderer Zustand tritt ein.

Der Punkt, weshalb ich mich so an die Bindungsenergie kralle, ist, dass meine Überlegungen viel mit Struktur zu tun haben. Für mich basiert z.B. die Eigenzeit auf der Verformung der eigenen Struktur, die aufgrund der Energieaufnahme an Struktur gewinnt und somit zeitlich effizienter wird. So wird für mich die Mystik der Eigenzeit begreiflich.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 17 Nov 2018 11:41 #44994

Bindungsenergie ist immer ein guter Ansatz, aber:

stillewasser schrieb: So wird für mich die Mystik der Eigenzeit begreiflich.

Nicht die Eigenzeit ist "mystisch" (unbegreiflich) sondern die relative Zeitdilatation bewegter Körper (die sich real manifestieren kann). In 4D unter Einbeziehung der Zeit (2D-Loedeldiagramm) wird das aber ganz anschaulich.

Ich sehe aber immer noch nicht, wie da eine Bindungsenergie ins Spiel kommen könnte, und was sie aussagen könnte. Ich fürchte, Du hast die Idee, dass bewegte Körper ihre Zeit verändern. Tatsächlich ist es so, dass diese Zeitänderung für den relativ bewegten Beobachter gilt. Jeder Beobachter (in unterschiedlichen IS) nimmt die Zeitdilatation anders wahr, die Eigenzeit aller denkbaren Objekte ist hingegen immer und für alle Beobachter gleich.

Richtig ist natürlich, dass es bei einer Beschleunigung so aussieht, als ob das Objekt seine Eigenzeit verändert, tatsächlich ändert es aber die Relation zur Zeit anderer IS. (Ich denke, dass man es wohl auch noch plausibler erklären könnte ...)

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 19 Nov 2018 12:14 #45078

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ra-raisch schrieb:

stillewasser schrieb: geht sie in exakt diese Bindungsenergien.

Bindungsenergie ist das exakte Gegenteil, Bindungsenergie ist immer negatv. Sonst wäre es ja keine Bindung.

Es geht um die Energie, die für das Auseinanderziehen des Kristall(bzw. Atom)gitters aufgewendet werden muss, also die Differenz. Die Gesamtenergie ist nach dem Auseinanderziehen im Hookeschen Bereich größer.

Der Zusammenhang ist Bindungsenergie (zwischen Atomen) → Elastizitätsmodul → Hookesches Gesetz.

stillewasser schrieb: Nach der SRT ...

Mit der SRT hat das nicht wirklich zu tun. Rechne mal die Energie aus, die zur Auslenkung einer Feder erforderlich ist, und welchen Massendefekt der SRT nach das bewirkt. Nahezu unmessbar. Es geht nicht um die Bindungsenergie im Atomkern, sondern die zwischen Atomen im Atomgitter und die Deformation des Gitters in elastischem Material.

Wie auch immer, ich bin dann raus, weil es um die ursprüngliche Frage, zu der ich etwas beitragen wollte, wohl eher weniger geht. Oder, das kann ich natürlich nicht ausschließen, ich die Fragestellung nicht verstanden habe.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 19 Nov 2018 13:44 #45080

Wenn Masse beschleunigt wird, muss sie gemäß der SRT Energie aufnehmen und diese in Masse umwandeln. Meine Frage zielte also darauf ab, ob der Federmechanismus denselben Mechanismus verwendet. Zwischen Verformung und kinetischer Energie besteht ja ein Zusammenhang. Ich stelle mir nur die Frage, ob es zwischen gespeicherter Verformungsenergie und der Raumzeitverzerrung ebenfalls ein Zusammenhang besteht. Dann hätte man von der kinetischen Energie zur Verformung zur Verzerrung eine durchgängiges Kette.

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Woher bezieht die Feder ihre Kraft? 19 Nov 2018 17:27 #45085

stillewasser schrieb: Wenn Masse beschleunigt wird, muss sie gemäß der SRT Energie aufnehmen und diese in Masse umwandeln. Meine Frage zielte also darauf ab, ob der Federmechanismus denselben Mechanismus verwendet. Zwischen Verformung und kinetischer Energie besteht ja ein Zusammenhang. Ich stelle mir nur die Frage, ob es zwischen gespeicherter Verformungsenergie und der Raumzeitverzerrung ebenfalls ein Zusammenhang besteht. Dann hätte man von der kinetischen Energie zur Verformung zur Verzerrung eine durchgängiges Kette.

Nocheinmal:
Die SRT beschreibt, dass der Zwischenraum für verschiedene IS unterschiedlich wirkt. Eine Raumverzerrung findet nicht statt. Es geht nur um die Abstände zwischen Objekten. Die Abstandsverkürzung kommt jedoch daher, dass andere Zeitpunkte als gleichzeitig gesehen werden und nicht etwa weil sich der Raum verändert hätte.

Betrachte eine Rakete, die zum Mond unterwegs ist, der Mond kommt ihr sozusagen entgegen. Da das IS Rakete die Gleichzeitigkeit anders wahrnimmt, ist der Mond aus ihrer Sicht bereits viel näher s'=s/γ. Daher ergibt sich die Reisezeit τ=s'/v=s/(γv). In Realität ergibt sich die subjektiv kürzere Reisezeit τ=t/γ dann aus der Zeitdilatation τ=s/(vγ). Von der Erde aus betrachtet benötigt die Rakete hingegen genau die vorgesehene Zeit t=s/v.

Nun zur kinetischen Energie: Diese wird nicht in Masse umgewandelt sondern sie hat lediglich gravitative Wirkung wie Masse. Allerdings ist die kinetische Energie immer relativ, denn die Bewegung ist immer relativ. Daher ist auch ihre gravitative Wirkung relativ.

Bei der Feder wird Energie in der Spannung gespeichert. Das ist weder relativ noch verzerrt sich irgend etwas ... Die Spannung ist intern, vergleichbar mit jedem anderen Potential zB das Anheben eines Gewichtes im Gravitationsfeld. Da verzerrt sich auch nichts .... das ist dann eher ein Thema für ART als für SRT. Die Federspannung kannst Du also mit der "Spannung" (gravitative Anziehung) in einem Potential vergleichen, falls Dir das etwas weiter hilft.

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