Willkommen, Gast
Benutzername: Passwort: Angemeldet bleiben:
  • Seite:
  • 1

THEMA: Kleine physikalische Denkübungen

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 14:00 #8585

Über was haben wir alles in diesem Forum, in den sechs Monaten seit ich es verfolge, geschrieben und gelesen: die großen Fragen der Kosmologie (Dunkle Energie, Dunkle Materie, Inflation, Ausdehnung, Schwarze Löcher, etc), die Gottesfrage, Evolution und die so berührende Frage des Überlebens der Menschheit.

Daneben ging es aber auch um so „kleine Dinge“ wie das genaue Verständnis von Ebbe und Flut, oder ein Gedankenexperiment über einen Helium –Ballon in einem frei fallenden Raumschiff. Daran entzündeten sich ebenfalls interessante und hitzige Diskussionen.

Deshalb, und weil z.Z. etwas Flaute bei großen Themen herrscht, will ich zwei kleine physikalische Fragen aufwerfen, über die man mal nachdenken kann, sofern man es sowieso nicht sofort weiß.


1. Angenommen die Gravitationskraft würde nicht mit dem Quadrat der Entfernung abfallen, sondern wie bei einer Feder linear mit der Entfernung zunehmen. Könnten bei einem solchen Kraftgesetz ebenfalls Planeten um die Sonne kreisen. Und wenn ja, wie sähe dafür das Erste Keplersche Gesetz aus?

2. Bei einem Wetterballon füllt man eine (kaum dehnbare) Plastikhülle ganz schlapp mit etwas Helium (es ginge eigentlich vielmehr rein). Wie entwickelt sich das Tragvermögen des Ballons mit wachsender Höhe?

Beste Grüße Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Verwandte Themen

Betreff des ThemasRelevanzDatum des letzten Beitrages
Physikalische Erklärung des Negativen Drucks6.41Dienstag, 27 Juni 2017
ba dumm tschhhhhhh - physikalische Witze6.41Donnerstag, 22 Februar 2018
Zweite Kleine Zwischeneiszeit5.66Dienstag, 02 Mai 2017
Einsteins kleine Gedankenspiele(=srt/art)5.66Donnerstag, 04 Januar 2018
eine kleine fabel zur mondfinsternis5.6Montag, 28 September 2015
Kleine Vorstellungen und Vorschläge bitten5.6Sonntag, 20 August 2017
Hubblekonstante als Frequenz? (kleine mathematische Spielerei)5.54Sonntag, 29 Januar 2017
spezielle/allgemeine relativitätstheorie original +kleine frage5.48Samstag, 30 April 2016

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 15:24 #8586

Hallo Denobio,

Ja, hast recht, zur Zeit erleben wir hier eine kleine naturwissenschaftliche Flaute und einen göttlichen Höhenflug. Macht aber nix. Das ändert sich schon wieder.

Zu deiner Frage 1:
Die 1 / r2 - Abhängigkeiten, die wir in unseren Naturgesetzen finden, sind die Folge der Dreidimensionalität des Raumes. Ganz allgemein gilt: ein n - dimensionaler Raum führt zu Abhängigkeiten der Form 1 / r hoch n-1.
Im Umkehrschluss hätten wir bei einer Abhängigkeit von 1 / r einen zweidimensionalen Raum (= Fläche).
Wie soll sich in einer Fläche eine Krümmung einstellen, gemäß der ART? Sie müsste sich ja in die dritte Dimension krümmen und das wäre dann verboten. Folglich gäbe es auch keine Himmelskörper, die einander umkreisen könnten. Himmelskörper brauchen, um sich überhaupt ausbilden zu können eine kubische Radialsymmetrie. Ganz allgemein gäbe es auch keine Materie in der uns bekannten Form, denn schon die Atome brauchen die dritte Dimension, um richtig funktionieren zu können.
Das alles lässt den Schluss zu, dass die Welt drei Dimensionen braucht und auf keine verzichten kann. Deshalb ist deine 1 / r Abhängigkeit mathematisch erlaubt, physikalisch aber verboten.

An deiner zweiten Frage soll sich ein anderer versuchen.

Grüße
Thomas

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 16:20 #8587

Hallo Thomas,
vollkommen einverstanden. Physikalische ist für die Schwerkraft nur die 1/r² Abhängigkeit möglich.
Deswegen ist die Frage auch nur eine mathematische Spielerei. Und zwar geht es nicht um eine 1/r -Abhängigkeit, sondern um die Gravitation als Federkraft, die sogar linear mit r zunimmt. Robert Hooke, der vor Newton lebte, hatte nämlich die Idee, dass die Gravitation wie eine Feder funktionieren soll.

Wir tun mal so, als ob die Physik dieses Kraftgesetz nicht verbieten würde und überlegen uns, ob es stabile Bahnen geben könnte und wie die Umlaufzeiten bei verschiedenen Radien aussehen würden.

Wer sich damit nicht befassen will, weil dieses Kraftgesetz physikalisch verboten ist, kann sich folgendes überlegen.

Eine Straßenbahn und ein Elektrofahrrad werden auf eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Das Fahrrad habe eine super-super Batterie, die diese Beschleunigung erlaubt. Von unsrem festen Laborsystem aus, das relativ zu den beiden Fahrzeugen in Ruhe ist, messen wir die Massen. Wie sehen die Massen der beiden nach der Beschleunigung aus?
a) Fahrrad schwerer
b) Straßenbahn schwerer
c) beide schwerer
d) keines schwerer
"schwerer" sei hier Abkürzung für "Massenzunahme"

Diese Frage ist zwar technisch sinnlos, aber physikalisch vollkommen in Ordnung, soweit ich das sehe.

Beste Grüße
Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 16:34 #8588

ich denke dass der Wetterballon - solange er noch nicht prall gefüllt ist - mit gleichbleibender Auftriebskraft nach oben schwebt.
Innen und aussen ist dabei der Druck gleich.
Die Dichte nimmt im Ballon und in der Luft mit der Höhe exponentiell ab.
Deshalb bleibt auch die resultierende Auftriebskraft konstant.
Wenn der Ballon ab einer bestimmten Höhe eine pralle Form hat nimmt die Auftriebskraft exponientiell ab.
Ab einer weiteren Höhe werden Auftriebskraft und Gewichtskraft gleich groß sein und der Ballon schwebt in einer festen Höhe.

Gruß

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 16:49 #8589

Eine r-Abhängigkeit der Gravitatonskraft kann theoretisch tatsächlich vorkommen.

Für die Gravitationskraft gilt ja: F = G*m*M/r²

Nun betrachtet man den Fall:
- M >> m
- M ist die Masse eines kugelförmigen Körpers mit homogener Dichteverteilung
- Der kleine Körper fliegt innerhalb des kugelförmigen Körpers

Mögliche Beispiele hierfür sind ein Stern auf einer inneren Kreisbahn in einem galaktischen Zentrum oder ein Körper, der in einer Hohlröhre in der Mondkruste innerhalb des Mondes um den Mond fliegt.

Dann gilt mit d = Dichte: M(r) = d*V(r) = d*4*pi*r³/3

Für die Kraft folgt daraus: F(r) = G*m*d*4*pi*r/3

Was wäre die Konsequenz daraus? Meines Erachtens würde sich auch in dem Fall ein Körper in einer stabilen Kreisbahn um das Gravitationszentrum bewegen.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 17:42 #8590

  • Chris
  • Chriss Avatar
  • Offline
  • Platinum Boarder
  • Platinum Boarder
  • Beiträge: 1309
  • Dank erhalten: 171
Moin,
ich bin auch dafür das ein Körper da so gesehen seine bahn nehmen wird, sobald Resonanzen möglich sein werden ist da ein reines durcheinander nach einer sehr schnellen zeit.

Was Ballon beträft, nun meiner Meinung nach haludw hat recht nur ich gehe eher davon aus das dieser Platzen wird.

Nachdem die beiden Systeme beschleunigt sind nimmt die Masse nicht mehr zu, jedoch nimmt diese bei der Straßenbahn ohne der super-super Batterie nun immer ab.

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
**Der Friedrich**

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Ja ich kann alles, sogar definieren was ich nicht kann.

Man muss noch Chaos in sich haben, um einen tanzenden Stern gebären zu können.
**Der Friedrich**

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 17:54 #8591

ClausS, deine Ableitung macht noch von folgendem Gebrauch: "für die Gravitationsbeschleunigung auf einer Kugel-Innenschale ist nur die Masse verantwortlich, die im Inneren der Schale liegt."
Diese Tatsache ist nicht ganz trivial zu begründen. Newton ist mit seinem Schalenmodell darauf gekommen, obwohl er den Gauss schen Satz noch nicht kannte.
Du hast recht, das Kraftgesetz innerhalb einer homogenen Hohlkugel steigt in der Kugel linear an. Was kann man dann für die Umlaufzeiten sagen, wenn innerhalb der Kugel Umläufe auf verschiedenen Radien möglich wären? Wenn wir also dünne konzentrische Tunnels hätten, in denen Āpfel umlaufen könnten.
Beste Grüsse Denobio

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 18:00 #8592

Zum "Strassenbahn -Fahrrad-Problem": der Strom für den Motor, der beschleunigt, kommt bei der Strassenbahn vom Kraftwerk, beim Fahrrad von der Batterie.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 18:54 #8594

Denobio schrieb: ClausS, deine Ableitung macht noch von folgendem Gebrauch: "für die Gravitationsbeschleunigung auf einer Kugel-Innenschale ist nur die Masse verantwortlich, die im Inneren der Schale liegt."
Diese Tatsache ist nicht ganz trivial zu begründen. Newton ist mit seinem Schalenmodell darauf gekommen, obwohl er den Gauss schen Satz noch nicht kannte.


Dies ist zum Beispiel auch der Grund, warum sich bei einer elektrisch geladenen Kugel alle Ladungen an der Oberfläche befinden.

Denobio schrieb: Du hast recht, das Kraftgesetz innerhalb einer homogenen Hohlkugel steigt in der Kugel linear an. Was kann man dann für die Umlaufzeiten sagen, wenn innerhalb der Kugel Umläufe auf verschiedenen Radien möglich wären? Wenn wir also dünne konzentrische Tunnels hätten, in denen Āpfel umlaufen könnten.


In dem Falle würden die Äpfel immer mit der selben Umlaufzeit benötigen, unabhängig vom Radius der Umlaufbahn.

Die Umlaufzeit ist dann nur noch proportional zur Wurzel der Dichte der Kugel.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 18:58 #8595

Genau, Problem gelöst.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Kleine physikalische Denkübungen 03 Okt 2016 19:29 #8598

@ Haludw,
mit dem He-Ballon hast du exakt recht.
Beste Grüsse Denobio
PS meine Physikprobleme sind zu einfach für Euch. Hat jemand bessere? Aber das mit der Massenzunahme steht noch aus.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Kleine physikalische Denkübungen - Massenzunahme 10 Okt 2016 19:09 #8756

Hallo Denobio,

ich denke, zu wissen, auf was du bei diesem Problem hinaus willst. Da das Fahrrad mit seiner Super-Batterie während der Beschleunigungsphase keine Antriebskräfte von außen bekommt, dürfte hier "relativistische Massenzunahme" nicht zutreffen. Mit seiner Super-Batterie verfügt das Fahrrad über die komplette Energie bereits beim Start. Durch die Äquivalenz von Masse und Energie hätte diese Fahrrad also bereits die ganze Masse bereits beim Start. Folglich dürfte es bis zum Erreichen der Lichtgeschwindigkeit keine weitere Massenzunahme geben - im Gegensatz zum Zug. Ihm wird während der Beschleunigung Energie von außen zugeführt.

Beste Grüße
Uwe

Vielen Dank, Sie haben eine einfache Tür sehr glücklich gemacht

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Vielen Dank, Sie haben eine einfache Tür sehr glücklich gemacht

Kleine physikalische Denkübungen - Massenzunahme 11 Okt 2016 23:10 #8791

genau so.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

Bitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein
  • Seite:
  • 1
AUF Zug
Powered by Kunena Forum