Erdrotation, Bezugssysteme, Scheinkräfte?

perttivalkonen schrieb:Ein anderes Szenario kann Mr.Stielz schlechthin überhaupt nicht gemeint haben, mir ist jedenfalls keines bekannt.

Ja, wir meinen dasselbe Szenario. Die Begriffsverwirrung geht auf meine Kappe.

skagerak schrieb:entweder kräftefrei oder eben nicht kräftefrei.

Eine der offenen Fragen ist, ob Kräfte ein Bezugssystem definieren. Auch der Normalkosmos ist für uns praktisch kräftefrei. Die Gravitationskräfte weit entfernter Körper werden sehr klein und heben sich wegen der Isotropie des Universums gegenseitig auf.

mojorisin schrieb:Stell dir vor du befindest dich in einem abgeschlossen Container ohne Fenster (ähnlich einem Aufzug, aber keinerlei Informationsaustausch außerhalb deines Containers).

Mach dir mal Gedanken über die folgenden zwei Fragen:

Wie misst du die Geschwindigkeit in deinem Container?

Gar nicht, da kräftefrei, solange unbeschleunigt.

mojorisin schrieb:Wie misst du ob sich der Container beschleunigt?

Ich fühle die wohlige Beschleunigung, die mich in den Schleudersitz drückt, drehe mich um und vergewissere mich, dass es nicht die gravitative Zuneigung der Dame auf der Rückbank ist.

parabol schrieb:Es gibt unterschiedliche Arten der Rotation - bei einem Karussell würden die Sitze davonfliegen, wenn die Ketten reißen.
Die Planetenbahnen (und Mondbahnen) sind dagegen im Gleichgewichtszustand, da wirkt einmal die gravitative Anziehungskraft und
andererseits die Kraft weg von der Sonne (oder vom Planeten)

Ein sehr guter Punkt! Bei gemeinsamer Rotation um ein Gravitationszentrum spürt man praktisch keine Scheinkräfte; das Bezugssystem des Erdlings scheint ein Inertialsystem zu sein. Und doch funktioniert auf einer "nicht rotierenden" Erde, die in gebundener Rotation um die Sonne kreist, das Kanonenexperiment genauso wie auf einer rotierenden Erde im "Nichts", nur auf einer anderen Größenskala. Und auch die Karusselsitze, der Ketten entledigt, würden wohl weiter ums Karrusel kreisen, solange sie nicht die karruselspezifische zweite Fluchtgeschwindigkeit erreichen.

Mr.Stielz schrieb:Gar nicht, da kräftefrei, solange unbeschleunigt.

Ist dir das Gedankenexperiment von Einstein mit dem Fahrstuhl bekannt, indem er den Schluss zieht, dass man es in so einem abgeschlossenen System gefühlsmäßig nicht unterscheiden kann, ob man gerade schwerelos im All ist oder sich im freien Fall befindet? Weil das bei genauer Überlegung wegen der Inhomogenität des Gravitationsfeldes nicht ganz hinhaut, postulierte er dann aber, dass Gravitation und Beschleunigung zumindest lokal äquivalent sind - das ist sozusagen der Ausgangspunkt seiner Überlegungen zur späteren Formulierung der ART....
Hier wird das ganz gut erklärt, wie ich finde - Auch die Idee, weshalb die Anwesenheit von Masse die Lichtbahn krümmt, wird klar.

https://www.scinexx.de/dossierartikel/ein-fahrstuhl-im-weltraum/

...falls dir das alles bekannt ist, sorry. Ich dachte nur, dass es dich andernfalls vielleicht interessiert :)

@Mr.Stielz

Mr.Stielz schrieb:

mojorisin schrieb am 06.11.2022:Wie misst du die Geschwindigkeit in deinem Container?

Gar nicht, da kräftefrei, solange unbeschleunigt.

Mr.Stielz schrieb:

mojorisin schrieb am 06.11.2022:Wie misst du ob sich der Container beschleunigt?

Ich fühle die wohlige Beschleunigung, die mich in den Schleudersitz drückt, drehe mich um und vergewissere mich, dass es nicht die gravitative Zuneigung der Dame auf der Rückbank ist.

Das würde ich so auch unterschreiben. Allerdings verstehe ich dann nicht warum du am Anfang diese Frage gestellt hast?

Mr.Stielz schrieb am 24.10.2022:Warum ist also die Außensicht bevorzugt? Woher also weiß der Sack Reis, dass es ihn nach China zieht?

Der Sack Reis weiss gar nichts, er bewegt sich einfach kräftefrei.

Mr.Stielz schrieb am 25.10.2022:Scheinkräfte, wobei die Scheinkräfte im Alltag aber kaum spürbar sind.

Scheinkräfte sind niemals spürbar. Scheinkräfte sind nicht wirklich existent.

Ich finde dieses Video hier passt sehr gut zum Thema. Leider in Englisch aber auch ohne den Text zu verstehen kann man schön sehen worum es geht und das Verhalten von rotierenden und ruhenden Systemen. Ashton Graybiel Labor für Räumliche Orientierung an der Brandeis University (Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory) erforscht unter anderem das Verhalten menschlicher Körper unter der Einwirkung künstlicher Schwerkraft. Und da dies auf der Erde am besten simuliert wird mir Rotation hat man gleich einen komplettes rotierendes Labor gebaut.

The artificial gravity lab

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In the Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory at Brandeis University, there's the Artificial Gravity Facility: otherwise known as the rotating room. No-one's invented futuristic gravity plating yet, but if you want to test how humans would cope with artificial gravity, this is the best way.

amtraxx schrieb:erforscht unter anderem das Verhalten menschlicher Körper unter der Einwirkung künstlicher Schwerkraft.

Also mir ist kein einziger Fall bekannt, bei dem Schwerkraft künstlich erzeugt wurde. Die Wirkung der Schwerkraft lässt sich bestenfalls simulieren, das hat aber rein garnichts mit dem zu tun, was wir unter Schwerkraft verstehen.

[Klugscheisser-Modus off]

:)

Peter0167 schrieb:Also mir ist kein einziger Fall bekannt, bei dem Schwerkraft künstlich erzeugt wurde. Die Wirkung der Schwerkraft lässt sich bestenfalls simulieren, das hat aber rein garnichts mit dem zu tun, was wir unter Schwerkraft verstehen.

Natürlich hast du damit Recht, ich habe mich da etwas durch den Video Titel verleiten lassen. Gebaut wurde das Labor hauptsächlich um die Einwirkung von ungewöhnlichen Kräften auf den menschlichen Körper und seine sensorischen und motorischen Fähigkeiten zu testen und zu simulieren. Es handelt sich dabei um Gravitationskräfte höher als 1G ausserdem Zentripedalkräfte und die Wirkung der Corioliskraft. Das was als Schwerkraft bezeichnet wird kann natürlich nicht künstlich hergestellt werden.

@Peter0167:

Peter0167 schrieb:Also mir ist kein einziger Fall bekannt, bei dem Schwerkraft künstlich erzeugt wurde. Die Wirkung der Schwerkraft lässt sich bestenfalls simulieren, das hat aber rein garnichts mit dem zu tun, was wir unter Schwerkraft verstehen.

Hmmm ... da gibt es unterschiedliche Ansichten. Zumindest im Englischen ist der Begriff "Artificial Gravity" für durch Beschleunigung oder Rotation erzeugte Quasi-Schwerkraft allgemein üblich, und ich vermute, dass sich das global durchsetzen wird.

@uatu

Naja, wenn man das weiter spinnt, dann kann man den Magnetismus auch als "Quasi-Gravitation" bezeichnen, die Wirkung ist ja ähnlich. Und dann hätte man auch gleich die lang ersehnte Anti-Gravitation. Ebenso bei der Coulomb-Kraft ... Antigravitation auf Knopfdruck.

Wenn sich das wirklich in diese Richtung entwickelt (was ich noch nicht zu glauben bereit bin), dann wäre das keine gute Entwicklung. Ich sehe da mehr Nach- als Vorteile.

@Peter0167: Mir ist nicht klar, warum Du mit dem Begriff "künstliche Schwerkraft" so ein grosses Problem hast. Einstein selbst sagt ja im Rahmen des Äquivalenzprinzips, dass Gravitationskraft und Trägheitskraft (irrelevante Feinheiten aussen vor gelassen) nicht unterscheidbar sind. Damit ist die Bezeichnung m.E. vollkommen angemessen.

@uatu

Ich verstehe unter "künstlich" etwas, was nicht natürlich vorkommt, und statt dessen mit technischen Mitteln nachgeahmt wird.

Um etwas nachahmen zu können, muss/sollte man es zunächst einmal verstehen, und von der Gravitation haben wir bisher fast nichts verstanden, außer das wir halbwegs die Wirkung beschreiben können.

Unsere großen Theorien (die Quantentheorie und die Relativitätstheorien) beschreiben die Gravitation schon mal sehr unterschiedlich. Die ART sieht die Ursache der Massenanziehung in der Krümmung des Raumes. Die Quantentheorie macht dafür ein Teilchen verantworlich, für das wir zwar schon einen Namen haben (Graviton), mehr aber auch nicht.

Wir haben nichts, mit dem wir künstlich den Raum krümmen können, noch können wir Gravitonen künstlich erzeugen. Nur Masse und/oder Energie ist dazu imstande, und deren Vorkommen bezeichne ich einfach mal als "natürlich", und nicht künstlich.

Anders sieht es z.B. bei Licht aus, dieses lässt sich durchaus künstlich erzeugen, und einem einzelnen Photon sieht man auch nicht an, ob es künstlich erzeugt wurde, oder einen natürlichen Ursprung hatte.

Was dein Argument mit dem Äquivalenzprinzip angeht, da bin ich leider nicht so "sattelfest", um hier die Unterschiede aufzuzeigen, es ist eher ein Bauchgefühl, welches mir sagt, dass dieser Vergleich hinkt.

Beim Äquivalenzprinzip geht es um die Unterscheidbarkeit von träger und schwerer Masse eines Körpers. Bei der Massenanziehung sind jedoch mindestens zwei Körper beteiligt. Ich erkenne auch nicht, inwiefern das Äquivalenzprinzip in Bezug auf die sog. "künstliche" Schwerkraft relevant sein sollte.

Wie gesagt, Schwerkraft künstlich zu erzeugen heißt für mich, auf nicht natürliche (nicht herkömmliche) Weise den Raum zu krümmen, bzw. Gravitonen zu erzeugen. Externe Kräfte, die evtl. annähernd eine ähnliche Wirkung haben als künstliche Schwerkraft zu bezeichnen, klingt für mich immer absurder, je länger ich darüber nachdenke.

Andere, auch Physiker, haben da weniger Probleme mit, dergestalt von "künstlicher Schwerkraft", gar "künstlicher Gravitation" zu sprechen.

https://www.leifiphysik.de/mechanik/kreisbewegung/ausblick/kuenstliche-gravitation
https://scienceblogs.de/alpha-cephei/2019/02/11/ueber-die-erzeugung-kuenstlicher-schwerkraft-in-raumfahrzeugen/
https://www.ds.mpg.de/211654/12

Nur die ersten drei Beispiele, gibt mehr.

@Peter0167: Ich habe den Eindruck, dass Du den von mir oben verlinkten Wikipedia-Artikel zum Äquivalenzprinzip nicht oder nicht sorgfältig gelesen hast, denn da wird (unter dem Aspekt des starken Äquivalenzprinzips) m.E. klar erläutert, was ich meine.

Die Diskussion persönlicher Begriffsdefinitionen ist allerdings m.E.selten zielführend. Ich denke, die Standpunkte sind ausreichend klar dargestellt, für eine Vertiefung fehlen mir Zeit und Motivation.

@Peter0167
Wie wäre es mit "manipulieren mit Scheinkräften“?

Peter0167 schrieb:Wie gesagt, Schwerkraft künstlich zu erzeugen heißt für mich, auf nicht natürliche (nicht herkömmliche) Weise den Raum zu krümmen, bzw. Gravitonen zu erzeugen.

Ich denke mann muss zwei Dinge unterscheiden:

1. Die Auswirkungen eine Gravitationsfeldes
2. Die Ursache eines Gravitationsfeldes

Die Auswirkungen eines Gravitationsfeldes, also die (anziehende) Kraft auf einen Körper, wird oft als Schwerkraft bezeichnet. Der Versuch eine äquivalente Kraft für technische Anwendungen in der Raumfahrt herzustellen wird daher als künstliche Schwerkraft bezeichnet. Eine Möglichkeit ist dies anhand der Zentripedalkraft zu erreichen. Dies betrifft Punkt 1 der obigen Liste.

Was du allerdings oben anspichtst betrifft Punkt 2 der Liste: Wenn man eine künstliche Quelle eine Gravitationsfeldes herstellen könnte dann wäre das in der Tat nicht "künstliche Schwerkraft" sondern "künstliches Gravitationsfeld".

Zusammenfassend: künstliche Schwerkraft lässt sich auf viele Arten erreichen (z.B. Rotation). Im Bezug auf technische Anwendungen versteht man darunter eine technisch erzeugte, äquivalente Trägheitskraft zur Erdanziehung. Künstliche Schwerkraft ist jedoch nicht dasselbe wie künstliches Gravitationfeldes.

Issn bisserl wie "künstlicher Honig".

* hat eine vom Menschen erwünschte Eigenschaft des Honigs
* ist kein Honig
* wird von Menschen erzeugt
* ganz sicher aber nicht so, wie Honig erzeugt wird

Kann man auch "Schwerkraft" / "Gravitation" einsetzen.

Was nebenbei auch bedeutet, daß nicht jede rotationsverursachte Fliehkraft "künstliche Schwerkraft" genannt würde (um mal Peters Magnetismus-Sorgen aufzugreifen). Sondern eben nur dort, wo es tatsächlich um den Aspekt "Schwerkraftersatz" geht.

Künstliche Gravitation kann man natürlich sagen, auch wenn man keine futuristischen "Gravitations-Generatoren" meint. ;)

Genauer ist allerdings "Schwerefeld", denn das kann durch Gravitation, aber auch durch Trägheitskräfte erzeugt werden. "Schwerkraft" oder "Gravitation" umfasst dagegen im Normalfall keine Trägheitskräfte.

Peter0167 schrieb:Ich erkenne auch nicht, inwiefern das Äquivalenzprinzip in Bezug auf die sog. "künstliche" Schwerkraft relevant sein sollte.

Die Gravitationskraft berechnet man mit F_G = m_s g und die Zentripedalkraft die einen auf einer Kreisbewegung hält mit F_Z = m_t \omega^2r wobei \omega die Kreisfrequenz und r der Radius der Kreisbewegung ist. Dabei ist m_s die schwere Masse und m_t die träge Masse.

Man kann F_G = F_Z setzen und berechnen wie groß der Radius und Kreisfrequenz sein müssen, damit die Zentripedalkraft gleich groß ist wie die Schwerkraft. Das funktioniert nur, solange für außnahmslos alle Objekte m_s = m_t gilt. Also das bekannte Äquivalenzprinzip infolgedessen sich die Massen aus der Gleichung komplett rauskürzen lassen. Wäre das Äquivalenzprinzip verletzt, würde sich solch ein Schwerkraftsimulator nicht mehr erdähnlich verhalten.

Tut mir leid, aber ich bin einfach nicht bereit, ohne Not zwei grundverschiedene Kräfte in einen Topf zu werfen, und ihnen "Gleichheit" zu bescheinigen.

Bei der Schwerkraft üben zwei Körper eine Kraft aufeinander aus, nur aufgrund ihrer Massen. Es handelt sich also um eine reine Massenanziehung, und die lässt sich zwar in ihrer Wirkung über andere Kräfte (z.B. Trägheitskräfte) simulieren, aber eben auch nur in ihrer Wirkung. Die dahinter liegenden Mechanismen sind grundverschieden.

Die Zentrifugalkraft hat nichts mit einer Massenanziehung wie wir sie von der Schwerkraft her kennen zu tun, daher kann es auch nicht korrekt sein, von einer künstlich erzeugten Schwerkraft zu sprechen, sondern bestenfalls von einer Simulation der Schwerkraftwirkung.

Das es dennoch viele tun, ändert nichts daran, dass es falsch ist.

Wo soll denn dieser Unfug hinführen? Bezeichnen wir den Auftrieb demnächst als Antigravitation? Was ist mit den bereits erwähnten magnetischen- und elektromagnetischen Kräften. Hat das irgendetwas mit künstlicher Schwerkraft zu tun? Ersetzen wir deren Formeln bald mit der "Einheitsformel" der Schwerkraft? Ist ja letztlich eh alles das Gleiche :D

Natürlich nicht. Wir haben ein falsches, aber bewährtes System von Theorien, mit denen wir die verschiedenen Kräfte hinreichend gut beschreiben können. Daran wegen einer vermeintlich besseren Anschaulichkeit zu rütteln, halte ich für absolut verkehrt, da bestehende Definitionen "aufgeweicht" werden, was in deren Folge zu unabsehbaren Schwierigkeiten führen kann.

Und warum bezeichnen wir eigentlich die Schwerkraft nicht als natürliche Trägheitskraft? :D

@Peter0167: Es ist mir wirklich unverständlich, warum Du so ein grosses Problem mit dem Begriff "künstliche Schwerkraft" hast. Eine Ablehnung dieses Begriffs ist mir vorher in Jahrzehnten nicht begegnet.

Peter0167 schrieb:... zwei grundverschiedene Kräfte in einen Topf zu werfen, und ihnen "Gleichheit" zu bescheinigen.

In der effektiven Wirkung sind sie alles andere als grundverschieden. Z.B. in einem O’Neill-Zylinder oder einem Stanford-Torus würde weitgehend "normale" Schwerkraft herrschen, mit nur ziemlich geringen Unterschieden zur Schwerkraft auf der Erde.

Es gibt eine Vielzahl von selbstverständlichen Verwendungen des Wortkonstrukts "künstliches X", wo die Unterschiede zum "natürlichen X" sehr viel grösser sind, wie z.B. bei künstlichen Blumen.

Peter0167 schrieb:Das es dennoch viele tun, ändert nichts daran, dass es falsch ist.

Das ist eine absolut subjektive Einschätzung. Es gibt aktuell ca. 42.000 Google-Hits für "künstliche Schwerkraft" und ca. 1,45 Millionen Google-Hits für "artificial gravity", worunter jeweils eine grosse Zahl seriöser wissenschaftlicher Quellen sind. Damit ist die Diskussion eigentlich entschieden, auch wenn es Dir persönlich natürlich frei steht, den Begriff abzulehnen.

uatu schrieb:Es ist mir wirklich unverständlich, warum Du so ein grosses Problem mit dem Begriff "künstliche Schwerkraft" hast.

Vermutlich liegt es daran, dass man Schwerkraft nicht künstlich erzeugen kann, dieser Begriff jedoch suggeriert, dass es möglich wäre.

Das was du und andere als "künstliche Schwerkraft" bezeichnen, könnte man eher als Gewichtskraft bezeichnen. Die Schwerkraft ist eine zusammengesetzte Kraft, welche aus einem Gravitationsanteil und bei rotierenden Systemen zudem noch aus einem Anteil von Trägheitskräften resultiert.

Fehlt der Gravitationsanteil, der nicht künstlich erzeugbar ist, bleibt am Ende nur die auf Trägheitsswirkung basierende Gewichtskraft übrig, und das reicht nicht aus, um die Bedingungen für eine Schwerkraft zu erfüllen (fehlender Gravitationsanteil!).

Ich denke, wir können uns dahingehend einigen, dass Uneinigkeit besteht. :)