Gravitations - Teilchenanziehung in großen Mengen (Gedankenexperiment)

Hallo Leute,

hab schon die Sufu benutzt aber ist nur das Thema ( Frage zur Gravitation ) zwecks Gravitation mit der Erde gekommen. Aber das ist nicht das was ich meine.

Mir ist heute eine Frage in den Sinn gekommen ab welcher Menge mehrere Teilchen bzw. Atome bzw. Molekularestrukturen (od auch im Makrokosmos - zb Sandkörner) sich als "Kollektiv" verhalten?!?!

Grundlage dieser Frage ist, dass ich an meine Kindheit am Strand zurückdachte, fast jeder von uns saß schon mal in einer Sandgrube und ließ sich sicher bis zum Kopf eingraben. ;-) Und bei dem Gedanken viel mir auf, dass zwar einzelne Sandkörner ja eigentlich nicht schwer sind bzw. uns auch in einer normalen Geschwindigkeit (nicht Sandstrahlen) wenn sie auf unseren Körper fallen nicht sonderlich reizen oder "berühren". Jedoch wenn zb. eine Schaufel oder Kübel voll am Körper ausgeschüttet werden, wir eindeutig eine gesamte Maße zu spüren bekommen. (und ja mir kam die Idee von Nervenreizung paar Millionen mal in der Sekunde plus anschließende Gewichtsverteilung von Millionen von Sandkörner auf einen cm² aber, bitte noch abwarten und weiterlesen)

So und auf dies bezogen hab ich weiter gedacht, Mikrokosmisch besteht alles aus Teilchen (welche wirklich die kleinsten sind und wann sie entdeckt werden usw, sei mal dahingestellt), und diese Teilchen formieren sich zuerst zu Atome, dann Moleküle und dann zu Kristallinen-Formen (wenn wir beim Sand bleiben), Mineralien..... usw. jedoch gehts es ja bis zur Größe unseres Planeten weiter.

Und hier stellt sich eine meiner Fragen: Ab wann wird etwas einzelnes zu einem Gesamten?

Und weiter auf dieser Frage, wie viel Elektromagnetische-Energie würde man benötigen wenn man z.b. von einem Planeten Teile nur mit der o.g. Energie entfernen möchte?

Ich weiß vom Compton-Effekt (Wikipedia: Compton-Effekt), dass man im Mikrokosmischen - Subatomaren Bereich verschiedene keV oder MeV benötigt um einzelne Elektronen freizusetzen, um einiges mehr Energie um Protonen bzw. Neutronen vom Kern abzuspalten.
Aber wie ist es wenn man es im Makrokosmischen wieder anschaut, würden rein die Gravitationskräfte die zb. einen Planeten wie unseren (der ja auch eigentlich nur aus losen Gestein bzw. noch kleineren Dingen besteht) zusammenhält, exponentiell zunehmen je größer er wird oder gibts da eine andere Formel oddgl.? (Und bitte nicht mit Baggern oder ähnlichen Anfangen, ich gehe von reiner Elektromagnetischer Energie aus.)

Und weiter gehts:
(reiner Gedankengang von mir)

Wenn diese Energie nicht exponentiell zunehmen würde, sondern in einem oberen Energiebereich, der vl 1000x größer als der Compton-Effekt bei Atomen ist, enden würde. Müsste es ja eigentlich dann möglich sein die Gravitation von einem Planeten, aus einem Punkt in dessen Gravitationsbereich, zu überwinden. Sprich ein mögliches Szenario für ein "UFO".
Man würde ja nur einen genug Starken elektromagnetischen Impuls aufs Zentrum der Gravitation richten müssen, und schon verhält man sich wie ein Compton-Elektron!

Und da ich ja auch ein kleiner UFO-Gläubiger bin, könnte ich mir vorstellen dass durch diesen Antrieb:
1. die sprunghaften Flugmanöver durchgeführt werden können.
2. die erhöhten Strahlungswerte auftreten die auch manche Ufologen schon gemessen haben wollen.

Hoffentlich habe ich es so beschrieben, dass sich der Großteil auskennt beim Durchlesen! ;-)

mfg
Mercom

@Mercom

Obwohl du dir offenbar einiges überlegt hast und dir Mühe mit dem Thread gegeben hast, kapier ich immer noch nicht so ganz auf was du hinauswillst. Willst du mit dem Compton-Effekt Steine aus der Erdoberfläche heruaslösen und in den Weltraum schießen?

@Mercom
Hey erst einmal schöne Gedanken!

Ich glaube du meinst nicht Comptoneffekt, sondern den Photoelektrischen Effekt ;)

Dabei wir die Energie von einem Photon auf ein Elektron übertragen, welches dadurch eine höhere Energie besitzt. Ist diese Energie hoch genug, so fliegt es davon.

Natürlich kannst du das auch Makroskopisch so ähnlich machen (sogar noch effektiver). Du nimmst einen Spiegel und schießt mit einem LASER auf diesen. Der Impuls wird durch den Spiegel doppelt übertragen und der Spiegel wird beschleunigt.

Der Impuls eines Photons ist p = h*f/c (f = Frequenz, h = Plank'sches Wirkungsquantum, c = Lichtgeschwindigkeit).

Jetzt kannst du N Photonen auf den Spiegel mit der Masse m schicken und die Geschwindigkeit v mit der Folgenden Formel berechnen (Impulserhaltung):

2*N*h*f/c = m * v

=> v = N*h*f/(c*m)

Ist v größer als die Fluchtgeschwindigkeit der Erde, so schließt du das Objekt davon.

Wenn der Strahl jedoch vom Objekt aus gesendet werden sollte, dann müsste man die Doppelte Anzahl an Photonen abfeuern.

LG

@Mercom

Mercom schrieb:Und bei dem Gedanken viel mir auf, dass zwar einzelne Sandkörner ja eigentlich nicht schwer sind bzw. uns auch in einer normalen Geschwindigkeit (nicht Sandstrahlen) wenn sie auf unseren Körper fallen nicht sonderlich reizen oder "berühren". Jedoch wenn zb. eine Schaufel oder Kübel voll am Körper ausgeschüttet werden, wir eindeutig eine gesamte Maße zu spüren bekommen.

Man kann sich genau so auch fragen, warum schweben Nebeltropfen während Regentropfen zu Boden fallen ?
Beide haben die gleiche Masse von 1 Kilo pro Liter !

@Mercom

Mercom schrieb:die zb. einen Planeten wie unseren (der ja auch eigentlich nur aus losen Gestein bzw. noch kleineren Dingen besteht) zusammenhält, exponentiell zunehmen je größer er wird oder gibts da eine andere Formel oddgl.?

Die Formel für die Gravitationskraft findest du in der Wiki. Du wirst feststellen das die Kraft linear zur Masse steigt. Also doppele Masse => doppelte Anziehungskraft. 11fache Masse => 11fache Anziehungskraft usw. Also nix mit exponentiell.

Mercom schrieb:Müsste es ja eigentlich dann möglich sein die Gravitation von einem Planeten, aus einem Punkt in dessen Gravitationsbereich, zu überwinden.

Das nennt sich Fluchtgeschwindigkeit. Die liegt für die Erde bei 11,2 km/s.

Das alles hat mit dem Compton-Effekt oder dem Photoelektrischen Effekt nix zu tun.

Es muss mindestens Zwei Einheiten geben für gegenseitige Anziehung.

Alek-Sandr schrieb:Beide haben die gleiche Masse von 1 Kilo pro Liter !

Masse pro Volumen nennt man Dichte.

Also, wenn ich das richtig verstehe, wenn doch alles aus Teilchen besteht, kann es doch kein Einzelnes geben, folglich gibt es auch kein Gesamtes, es ist dieser Logik nach also alles in unendlich viele Teile zerlegbar, doch es ist Teil einer unendlich Großen Gesamtheit. Die zugegeben doofe Schlussfolgerung ist: Das unendlich kleine Einzelne ist Teil des Unendlich großen Gesamten.
Das ist verdammt verwirrend ;)

Glg

@victor
du willst wohl der Nachfolger von @wrentzsch werden?
Lass dir mal gesagt sein, an unseren wrentzsch kommst du nicht ran.

@victor

Genauso ist es. Habe mir letztens mal überlegt, wenn man mal die Bilder einer Hirnzelle und dem Universum vergleicht,:



dass unsere Gehirnzellen einzelne Universen sind mit Galaxien und so weiter und wir in einer Gehirnzelle leben.

@Alek-Sandr
Nebeltropfen schweben nicht, sondern fallen runter, genau wie Regentropfen. Die dabei frei werdende Energie erwärmt die Luft und diese steigt auf. Das wiederum hebt andere Tropfen nach oben, es entsteht ein Kreislauf. Deswegen fallen auch tonnenschwere Wolken nicht nach unten: es ist warm in ihnen, wegen der Reibung der Tropfen die durch die Luft nach unten fallen.

@Mercom
So, also ein bisschen durcheinander, aber das kriegen wir schon hin denk ich.

Du hast recht, um Teilchen voneinander zu trennen braucht oft Energie. Das ist genau dann der Fall, wenn die Teilchen sich mit einer Kraft anziehen. Bei Molekülen ist es z.B. die elektromagnetische Kraft, die die Atome zusammenhält, bei Sonnensystemen ist es die Gravitationskraft.

Wenn du zwei Teilchen, die sehr weit voneinander entfernt sind und sich gegenseitig anziehen zusammen kommen lässt wird Energie frei. Das bedeutet, dass sie im getrennten Zustand Energie gehabt haben müssen, weil ja Energie nicht aus dem nichts erzeugt werden kann. Man nennt diese Energie "potentielle Energie". Wenn man also die Teilchen wieder trennt müssen sie diese Energie wieder bekommen, man muss ihnen also Energie mitgeben. Das ist die Arbeit, die aufgewendet werden muss um die Kraft zwischen den Teilchen zu überwinden.

Bei bestimmten Molekülen, wie zum Beispiel Salz NaCl nennt man diese Energie "Ionisierungsenergie", also genau die Energie die notwendig ist um das Molekül zu ionisieren, um das Natrium Na und das Chlor Cl auseinander zu bringen.

Wichtig ist hierbei vielleicht zu erwähnen, dass es im physikalischen Sinn kein "Kollektiv" gibt nur eine große Menge von einzelnen Teilchen, die miteinander interagieren. Es gibt keinen Punkt an dem man sagen kann, dieser Teilchenhaufen wurde schlagartig zu einem Planeten. Trotzdem ist es oft praktisch Dinge zusammenzufassen und als ein "Ganzes" zu betrachten, weil damit leichter sinnvolle Aussagen zu treffen sind.

So ist es z.B. sinnvoll die Bewegung von Planeten nicht durch eine Beschreibung aller einzelnen Teilchen im Sonnensystem zu untersuchen, sondern man nimmt sich "Massenpunkte", also ein gedachtes Teilchen, dass die Masse aller enthaltenen Teilchen vereint, und betrachtet nur dieses Superteilchen. Die Rechtfertigung dieses Ansatzes ist nicht ganz trivial, aber zumindest recht anschaulich.

Wir fragen uns nun also wieviel Energie man braucht um etwas von der Erde fort zu schaffen:
Sagen wir mal unser Planet habe das Gewicht M, und das kleine Objekt, was wir los werden wollen habe die Masse m.
Dann hat m folgende Energie im Schwerefeld des Planeten M:

E = -(G*M*m)/r

wobei G die Gravitationskonstante ist und r der Abstand der Massenpunkte. Du siehst, die Energie steigt nicht exponentiell mit M an, sondern nur linear. Doppelt so schwerer Planet führt zu doppelt so großer Energie. Du musst also einem Objekt genau diese Energie E geben um es vollständig von der Erde zu lösen. (Vorausgesetzt es ist nicht noch zusätzlich mit der Erde verankert, dann müsstest du zusätzlich noch die Energie aufwenden um diese Bindung auf zu lösen).

Lustigerweise unterscheiden sich die Gravitation und die elektrostatische Kraft in ihrem Verhalten nicht, lediglich ihre Stärke ist anders. Beide fallen mit dem Quadrat der Entfernung ab.

Wie diese Energie zuzuführen ist ist eine durchaus interessante Frage, du hast da mit deiner Überlegung durchaus recht. Theoretisch müsste ich dem System ein Energiequant zuführen, das genau dieser Energie entspricht und es bestünde die Möglichkeit, dass das Objekt davonfliegt. Das Problem dabei ist, dass hier riesige Maßstäbe vorliegen. Weil so unvorstellbar viele Teilchen vorliegen sind die Möglichkeiten ebenso vielfältig. Ein Energiequant würde also vermutlich eher den Planeten leicht aufwärmen, als genau den gewünschten Effekt zu erzielen.

Das ist der Unterschied zu einem winzigen System wie ein Elektron im Potential eines Atomkerns: Dort sind die Möglichkeiten sehr beschränkt, das System bleibt sehr viel leichter kohärent.

Man muss also die Energie etwas zielgerichteter zuführen, durch einen sinnvoll konstruierten Antrieb. Und tatsächlich könnte man aus einem Raumschiff Photonen abstoßen und sich dadurch fortbewegen, mit ausreichend starken Leistungen sogar vom Planeten abheben. Aber da gibt es bessere Methoden. Das Problem nämlich ist, dass Photonen sehr leicht sind und erst mal recht wenig Rückstoß erzeugen.

Übrigens wird zum Beispiel bei den Pioneer-Sonden eine Abweichung der tatsächlichen Bahn von der berechneten Bahn gemessen. Eine der möglichen Erklärungen ist, dass die Sonde sich bauartbedingt ungleichmäßig erwärmt hat und auf der einen Seite der Sonde mehr Photonen abgestoßen wurden als auf der anderen Seite und somit die Bahn verändert wurde.

Hey Leute, sorry das ich mich erst jetzte melde, bin leider Krank (KH) geworden, und konnte dadurch nicht schreiben bzw. am Thread teilnehmen!!

Danke für eure Beiträge, und die vielen Antworten, ich hätte auf jede jetzt geantwortet, nur hats @HYPATIA
so gut mir alles erklärt dass ich für mich eine befriedigende Antwort gefunden habe!! ;-)