Schwerelosigkeit in der ISS

hand-of-fate · Anmeldungsdatum: 19.02.2009 Beiträge: 22

Hallo,

die Frage ist, wie die Schwerelosigkeit in der ISS-Raumstation zustande kommt..
Wenn ich mir die Geschichte aus einem Inertialsystem ansehe ist die wirkende Kraft die Gravitationskraft, die die Station auf der Kreisbahn hält (Zentripetalkraft). Rotiert das Ding jetzt gerade so schnell dass sich alles in der "Waage" hält oder wie kann ich das verstehen?
Wenn ich mir das ganze nun aus dem rotierenden System der Station ansehe muss ich neben der Gravitationskraft die (gleich große) Zentrifugalkraft (Scheinkraft) berücksichtigen, die sich aufheben (?? ist das so richtig formuliert?).

Kann man das so sagen oder verdrehe ich da etwas??

thx

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Ja, am sinnvollsten ist es, die Situation aus dem rotierenden Bezugssystem der ISS zu betrachten. In diesem befinden sich ja schließlich die "schwerelosen" Astronauten. Und wie du richtig geschrieben hast, hebt sich die Gravitation durch eine Scheinkraft, die Zentrifugalkraft, auf.

Aus einem Inertialsystem lässt sich die Schwerelosigkeit nicht so gut erklären. Es ist aber so, dass die Gravitation gerade als Zentripetalkraft wirkt. Die ISS "fällt" quasi in einem Kreis um die Erde und in einem frei fallenden Bezugssystem ist man schwerelos.

Bullz-Eye · Anmeldungsdatum: 12.09.2010 Beiträge: 7

eigentlic ist es das selbe wie beim Mond oder der ISS selbst. sie bewegt sich ein stück auf der bahntangente, wird gleichzeitig aber von der gravitation wieder auf eben diese kreisbahn gezogen.

die zentrifugalkraft ist ja genau deswegen eine scheinkraft, denn eigentlich bewegt sich alles immer exakt geradeaus. soll es sich im kreis bewegen ist eine zentripetalkraft notwendig, in diesem fall die gravitation der erde. diese beiden "kräfte" heben sich auf einer kreisbahn genau auf.

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Die Zentripetalkraft hebt sich nicht mit der Zentrifugalkraft auf. Das sind zwei verschiedene Kräfte (mit gleicher Ursache), die in unterschiedlichen Bezugssystem existieren, somit aber nie gleichzeitig auftreten.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

@pressure wie nenn ich dann die Kraft im rotierenden Bezugssystem die zum Beispiel im Kettenkarussell von meinen Sessel auf mich wirkt.

Ich habe einerseits die Zentrifugalkraft da drinnen und die Sesselkraft ist jetzt nicht die Zentripetalkraft? denn da drinnen muß ich ja im Gleichgewicht sein. grübelnd

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Die Zentrifugal (als Scheinkraft) drückt dich gegen den Sessel. Der Sessel reagiert darauf mit einer gleich großen Gegenkraft/Normalkraft.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Und wie sagt ich dann zu der Kraft vom Sessel.

Also Sesselkraft, Zentripetalkraft darf ich nicht dazu sagen.

Und das heißt die selbe Kraft im Inertialsystem die dort auch die Sesselkraft ist heißt dann dort Zentripetalkraft.

grübelnd

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Zentripetalkraft heißt in Inertialsystem jede Kraft, die einen Körper auf eine Kreisbahn zwingt. Also, ja man könnte dazu Zentripetalkraft sagen.

Im rotierenden Bezugssystem gibt es aber erst mal diese Kraft nicht, sondern eine Scheinkraft (Zentrifugalkraft). Nun drückt einen die Zentrifugalkraft gegen irgendetwas z.B. den Sessel. Der Sessel reagiert drauf mit einer Normalkraft, wie die Erde ebenfalls mit einer Normalkraft reagiert, wenn du auf ihr stehst. Da diese Normalkraft dann immer genau die Zentrifugalkraft ausgleicht, könnte man mit dem Wissen, dass es sich um ein rotierendes Bezugssystem handelt, freilich sagen, dass diese Normalkraft für dich dann als Zentripetalkraft wirkt. Im Bezugssystem selber weißt du allerdings vielleicht nichts davon und du stellst nur fest, dass eine Scheinkraft mit unbekannter Ursache wirkt. Ein im Bezugssystem "fester" reagiert dann darauf mit einer Normalkraft.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

verstehe was du meinst, der im rotierenden Bezugssystem sieht das zunächstmal nur als Bodenkraft. Ist zwar ein schlechtes Beispiel gerade mit dem Karussel..aber auf der ISS lasse ich mir das einreden;)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

VeryApe, stelle dir so einen Karussellsessel zum Beispiel einfach an einer Kette hängend vor. Die Kette sorgt dafür, dass der Sessel weder runterfällt noch aus der Bahn fliegt. Die Kraft von der Kette auf den Sessel samt Insasse zeigt in Kettenrichtung, also bei bewegtem Karussell schräg nach oben.

Dann ist die vertikale Komponente dieser Kettenkraft gleich groß wie die Gewichtskraft auf Sessel und Insasse, und die horizontale Komponente dieser Kettenkraft ist gleich groß wie die Zentrifugalkraft auf Sessel und Insasse im rotierenden Bezugssystem. Im mit dem Karussell mitrotierenden Bezugssystem ist also die resultierende Kraft auf Sessel und Insasse gleich der vektoriellen Summe aus Kettenkraft, Zentrifugalkraft und Gewichtskraft, und diese resultierende Kraft ist Null, und der Sessel mit Insasse ruht in diesem mitrotierenden Bezugssystem.

Im Inertialsystem ist die Zentripetalkraft dasselbe wie diese horizontale Komponente dieser Kettenkraft. Und diese Zentripetalkraft ist gleich der resultierenden Kraft auf Sessel und Insasse, so dass diese beschleunigt werden und auf einer Kreisbahn umlaufen.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

damit hab ich kein Problem aber bei dir kommt ja genau dasselbe.

Horizontale Komponente=Zentrifugalkraft

Horizontale Komponente=Zentripetalkraft

Horizontale Komponente=Horizontale Komponente

Zentrifugalkraft = Zentripetalkraft

Aber ich hab das schon von pressure verstanden wie man das genau definiert.

Wenn man aber mit dem Wissen aus einem Inertialsystem in dieses Bezugssystem wechselt, weiß jeder wohl was gemeint ist, wenn Bullz Eye das so erklärt.

Obwohls wie gesagt physikalisch streng hergenommen mit den Unwissen eines sich im rotierenden Bezugssystem befindlichen unterschieden werden sollte.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Vorsicht!! Du liest da Gleichungen heraus, die ich überhaupt nicht gesagt habe! Wenn ich sage, eine Kraft sei gleich groß wie eine andere, dann heißt das nicht, dass auch ihre Richtungen gleich sind, und schon gar nicht, dass sie miteinander identisch seien!!

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Vielleicht nochmal um Missverständnisse bei meiner kurzen mathematikschreibweise Vorzubeugen

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Vorschlag: Innerhalb der ISS (näherungsweise) keine äußere Kraft feststellbar, auch keine Gravitation. Ein schlichtes Inertialsystem also. Ansonsten: Erklärungen aus irgendwelchen anderen Bezugssystemen. mfG

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

VeryApe, danke fürs sorgfältigere Aufschreiben, jetzt sind die (wahrscheinlich einfach nur durch zu kurze Schreibweisen entstandenen ?) Flüchtigkeitsfehler oder Ungenauigkeiten glaube ich ausgemerzt.

pressure, ich glaube, es ist durchaus üblich, davon zu sprechen, dass im mitrotierenden Bezugssystem sowohl Zentrifugalkraft als auch Zentripetalkraft wirken. Vergleiche zum Beispiel

http://www.leifiphysik.de/web_ph11/lesestoff/07_zentrifugalkraft/zentrifugalkraft.htm

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

Macht es Euch doch nicht so schwer. Da die Zentripetalkraft eine echte Wechselwirkungskraft ist, wirkt sie natürlich in jedem Bezugssystem. Dass sie nicht überall so genannt wird, ist kein physikalisches, sondern bestenfalls ein semantisches Problem.

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Die Schwerelosigkeit hat nichts mit einem Kräftegleichgewicht zu tun. Im Gegenteil! Schwerelosigkeit tritt immer dann ein, wenn neben der Gravitation keine weiteren Kräfte wirken. In diesem Fall haben alle Körper - bis aus die Gezeiteneffekte - die gleiche Beschleunigung und bleiben zusammen, ohne dass weitere Kräfte wirken müssen.

Man fühlt sich deshalb schwerelos, wenn man sich in

einem frei fallen Lift

in einem Flugzeug auf Parabelflug

in einem frei um die Erde fallenden Satellit

befindet.

Den Begriff Zentripetalkraft sollte man eigentlich spülen und eine Zentrifugalkraft darf nur eingeführt werden, wenn sich der Beobachter auf einem Karussell befindet.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Frage an Dr. Stupid.

Wenn ich zwei Massen haben unter Gravitation. dann werden beide Massen aufeinander zu beschleunigen aus einem echten Inertialsystem fernab von Gravitation.

Wenn ich jetzt ein Bezugssystem lokal in eine Masse lege, dann kann ich aus meinen beschränkten lokalen Verständnis die GRavitation als Scheinkraft auslegen und das ganze als Inertialsystem auslegen, dennoch kann ich universell gesehen ein lokales Bezugssystem in die andere Masse legen und habe genau eine entgegengesetzte gleichgroße ""Scheinkraft"" und kann dies genauso als Inertialsystem auslegen.

Du hast mir vorher erklärt Scheinkräfte (Trägheitskräfte) in der Physik haben kein reactio, wieso existiert dann immer ein gleichwertiges Inertialsystem auf der gegenüberliegen Seite in dem ich dann die Gravitation als Scheinkraft in entgegengesetzter Richtung annehmen müsste.

Das widerspräche doch der Definiton der Trägheitskraft (Scheinkraft) ala Physik.

Kannsd du mir das erklären oder müßt ich dazu die ART komplett verstehen.

Für mich sieht das nach beschleunigten Bezugssystem aus das als Inertialsystem erscheint, weil die Schwerkraft in jeden Massepunkt angreift.

Mir erscheint die Schwerkraft als wechselwirkende Trägheitskraft. wie die Dalembertschen Trägheitskräfte

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

was meinst du damit die Wechselwirkung findet ja nie im selben bezugssystem statt.

FA,B= FB,A entweder leg ich es in Körper A oder Körper B oder ins inertialsystem und betrachte beide Körper.

In A hat F keine Wecheslwirkung denn -F wirkt ja auf B und in B hat F auch keine Wechselwirkung denn -F wirkt auf FA, so ist ja actio=reactio laut Physik definiert.

Ich versteh leider nicht was du meinst. demnach müssten alles scheinkräfte sein.i

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

die Graviation wirkt zwischen Massen. du gehst jetzt ins lokale Bezugssystem einer dieser Massen baust einen Kasten um dich auf und sagst die Gravitation ist eine Scheinkraft.

Wenn du jetzt eine normale Wechselwirkung mit F zwischen Körper A und Körper B betrachtest. dann bau ich jetzt auch einen Kasten darüber und betrachte nur einen Körper wo ist in diesen einen Körper die Wechselwirkung zu F.?

Oder mal anders.

Nehmen wir mal an du lässt dich frei auf die Erde fallen. Wie erklärst du in deinem Inertialsystem das die Erde auf dich zu beschleunigt.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Oder nochmal anders.

Aus Sicht der ISS Crew kreist die Erde um die ISS herum. wenn das ein echtes Inertialsystem ist, woher kommt die bemerkte Zentripetalkraft der Erde.

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Also jetzt versteh ich was du da sagen willsd.

Man steigt also mit den Wissen der newtonschen Mechanik in die ART ein mit den Wissen das ein freifallendes Bezugssystem Äquivalent mit einem Inertialsystem ist, weiß aber gleichzeitig das es zunächstmal nur so erscheint.

Bei Durcharbeitung entpuppt sich das ganze dann das es tatsächlich ein echtes Inertialsystem ist.

Das eben die Geodäten keine Geraden mehr sind, sondern nur noch in kleineren Bereichen.

Aber irgendwie leuchtet mir das noch nicht ein, wenn zwei Massen aufeinander zu beschleunigen, dann ist die Geodäte eine beschleunigte Gerade?

Verschiebt man hier nicht einfach das Problem auf die Geometrie und weiß erst wieder nicht was die Gravitation eigentlich ist?

Also ich mein was Newton als Gravitationskraft bezeichnet wird jetzt zur Geometrie und nu weiter?

Aber jetzt kapier ich auf was das hinauslaufen wird wenn ich mich mal Zeit habe mich mit der ART zu beschäftigen.

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Das heißt also er hatte die SRT die in Inertialsystemen gültig ist und konnte sie dann nirgendswo genau anwenden weils nirgendswo Inertialsysteme gab.

sprich die Schwerkraft wirkt überall.

das einzige was Kräfte frei erschien war der freie Fall. Also hatte er sich dann an den freien Fall als Inertialsystem geklammert um die SRT anwenden zu können.

Hatte aber das Problem mit actio=reactio und mußte so die Geodäten neu definieren durch die Krümmung der Raumzeit?

Das ganze war also mathematik auf biegen und brechen und ging auch noch auf.

nicht schlecht. Ich hab mal gelesen das der überhaupt kein Mathe genie war Big Laugh

String Theorie mit 10 Dimensionen, na mahlzeit hoffentlich hat da noch wer den Durchblick.

Jetzt wurde also die Massenanziehung zur Krümmung von Raum und Zeit.

klingt interessant Thumbs up!

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5042