Kraft auf Astronauten

Rolf G. · Gast

Hallo,
Ich habe hier eine Aufgabe:

Wie Groß ist die Kraft F, die auf einen Astronauten der Masse m in einem Raumschiff wirkt,

a) beim Starten mit der Beschleunigung a von an der Erdoberfläche
b)nach Brennschluss der Triebwerke, im Abstand r vom Erdmittelpunkt bei radialer Bewegungsrichtung.
c)auf einer Kreisbahn im Abstand r um die Erde
d)am Gravitationsfreien ort zwischen Erde und Mond, bei abgeschaltenem Triebwerk
e)am gleichen Ort, wenn die Triebwerke die Beschleunigung a erzeugen.

a) ist klar: F=m*g+m*a
b) wieso wirkt hier keine Gravitationskraft mehr auf den Astronauten?
c) wieso wirkt hier keine Zentrifugalkraft?
d) ist klar: 0
e)m*a

Ich hoffe ihr könnt mir helfen, die Unklarheiten zu beseitigen.

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5060

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Rolf G. · Gast

Also das Prinzip habe ich jetzt verstanden. Nur bei der Geschichte mit den Bezugssystemen blicke ich noch nicht richtig durch. Was wäre, wenn der Astronaut das ganze ohne Rakete durchmachen würde. Gäbe es dann keine Trägheitsgesetz?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Vorsicht, die Begriffe Trägheitsgesetz und Trägheitskraft meinen etwas unterschiedliches.

Magst du mal sagen, in welchem Zusammenhang du diese Aufgabe gestellt bekommen hast? Machst du das gerade in der Schule? Oder vielleicht im ersten Jahr deines Studiums oder so?

Was hast du bisher schon über Kräfte und über Bezugssysteme gelernt? Hast du neulich zum Beispiel im Unterricht etwas über beschleunigte Bezugssysteme gelernt?

Und magst du mal zeigen, was du bisher schon über Kräfte gelernt und verstanden hast, indem du mal versuchst, zu sagen, wie ein Beobachter, der von außen auf die Erde draufguckt, die Aufgaben a) bis e) beantworten würde? (So ein Beobachter befände sich also zum Beispiel in einem Inertialsystem, das bezüglich des Erdmittelpunktes ruht.)

Rolf G. · Gast

Hallo,
also das ganze ist im Studium. Ich bin erstes Semester Elektrotechnik. Da haben wir eine Vorlesung die Woche Physik und das ist eine Übungsaufgabe dazu.

Hier mal für den Beobachter auf der Erde:

a) Beschleunigungskraft der Rakete/ (Gravitationskraft?)
b) Gravitatonskraft
c) Radialkraft
d) Keine Kraft
e) Beschleunigungskraft der Rakete /(Gravitationskraft?)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du mal in c) genauer sagen, was die "Radialkraft" ist, die du da meinst, und woher sie kommt? Kannst du eine Formel angeben, mit der du berechnen kannst, wie groß diese Kraft ist?

Und magst du dir mal für a) und für e) (gerne auch für d) ) jeweils eine Skizze malen, in der du alle Kräfte als Pfeile einzeichnest, die dir einfallen?

Weißt du bereits, dass die resultierende Kraft auf einen Körper die (vektorielle) Summe aller Kräfte ist, die auf einen Körper wirken? Kannst du diese resultierende Kraft dann auch zum Beispiel für a) und e) durch vektorielles Addieren der Kraftpfeile in deinen Skizzen ermitteln?

Schaffst du es damit, deine bisher noch vorhandenen Fragezeichen bei der a) und bei der e) zu beseitigen?

Rolf G. · Gast

Also:

Radialkraft muss wirken, da der Körper ja eine Kreisbahn beschreibt. Ohne diese würe er sich Tangential bewegen. So jedoch verändert sich andauern die Richtung der Beschleunigung. Es muss also eine Kraft geben. Formel:

Zu den Skizzen:
a) nach Unten wirkt die Gravitationskraft, nach oben die beschleunigende. Da sich die Rakete jedoch nach oben bewegt, muss die Beschleunigende größer seien. Es sind trotzdem beide Kräfte vorhanden.

d) Es wirken keine Kräfte

e) Es wirkt nur die beschleunigende Kraft.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Rolf G. · Gast

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Und wer verursacht diese Kraft hier?

Rolf G. · Gast

in diesem Fall wohl von der Gravitationskraft.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Rolf G. · Gast

Also noch mal Zusammenfassend. Der Beobachter auf der Erde sieht immer nur die resultierende Kraft. Z.b. bei a eine Nach oben gerichtete, welche sich aus Überlagerung der Beschleunigenden Kraft und der Gravitationskraft ergibt.

Im Fall b wirkt bezogen auf die Rakete auf den Astronauten gar keine Kraft. Denn er ist wie auch die Rakete im Freien Fall.

Zu Fall c. Der Beobachter auf der Erde sieht nur die Radialkraft, welche aus der Gravitationskraft resultiert. Welche Kraft wirkt nun auf den Astronauten? Auch die Zentrifugalkraft?

Wie ist das Überhaupt mit der Zentrifugalkraft. Der Rotierende Beobachter merkt diese ja. Aber der Ausßenstehende Beobachter sieht diese ja auch, oder? Wenn sich der Beobachter auf dem Karussell nicht festhält wird er doch auch nach Außen gezogen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Zentrifugalkraft gibts nur im rotierenden Bezugssystem.

Ein "Beobachter von außen", der nicht mitrotiert, misst diese Zentrifugalkraft nicht.

Vergleiche dazu auch die konkreten Betrachtungen, die wir oben schon angestellt haben, einmal für den Astronauten im Raumschiff und einmal für einen Beobachter in einem Inertialsystem.

Hast du noch deine Physikaufschriebe und/oder Physikbücher aus der Schule? Ich denke, damit dürfte es dir am leichtesten fallen, das Thema Zentrifugalkraft zu wiederholen, falls du das auffrischen möchtest.

Rolf G. · Gast

Also was ich noch da habe muss ich schauen. Bücher auf jeden Fall nicht mehr. Was mich halt verwirrt, ist dass wenn man sich auf dem Karussell nicht festhält nach außen gezogen wird. Und das sieht ja auch der außen stehende Beobachter.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Schau genau hin:

Der außenstehende Beobachter sieht, dass der Körper auf einer geradlinigen Bahn weiterfliegt, wenn er sich nicht so am Karussell festhält, dass dieses eine Zentripetalkraft auf ihn ausüben kann, die den Körper auf eine Kreisbahn zwingt.