Wie eine Kraft sichtbar machen oder darstellen

Anfänger_aus_TerraX · Anmeldungsdatum: 05.09.2013 Beiträge: 6

Meine Frage:
Ich möchte eine Kraft sichtbar machen und die Kraft sehen. Ich habe schon ein kleines Physikbuch und bei Wikipedia geschaut. Das, was ich nicht sehen kann, dass kann ich nicht raten.

Ein Stückchen Licht kann ich doch auch sehen. Ich habe mal gesehen, dass ein Licht einen Dualismus hat, es ist ein Teilchen und gleichzeitig eine Welle. Bei Magneten ist das auch ähnlich, da gibt es ein Magnetfeld und dann sind das glaub ich die Elektronen, die negativ geladen sind und um das Metall fliegen, die ziehen dann ein anderes positiv geladenes Metall an und je weiter die Körper entfernt sind, um so weniger Elektronen sind dann im Schwirr-Radius um den Metallkörper drumherum.

Aber wie ist das bei einer Kraft? Was ist eine Kraft? Ist das auch eine Welle, sind das irgendwelche Quanten oder sonstige dieser Dinger?

Meine Ideen:
Ich habe leider noch keine Idee.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Zunächst einmal ganz prinzipiell: Nicht alle physikalischen Effekte kannst du immer einfach wahrnehmen. Für Radioaktivität hat der Mensch zum Beispiel kein Sinnesorgan. Dennoch kann man die Radioaktivität sehr gut verstehen.

Demzufolge musst du dir im Klaren darüber sein, dass man die Dinge am besten mit Logik, einer geeigneten Sprache (Mathematik) und mit dem Bestreben, es möglichst einfach zu beschreiben, angehen sollte.

Eine Kraft ist eine physikalische gerichtete Grösse, die dazu da ist, um eine Wechselwirkung zu beschreiben. Es gibt sehr verschiedene Kräfte, zum Beispiel die Gravitationskraft, wegen der du nicht einfach in den Weltraum verschwindest, die Lorentzkraft bei elektromagnetischen Feldern, die Korioliskraft, die einfach eine Scheinkraft ist, die bei Transformation in ein geeignetes Koordinatensystem verschwindet.

Immer, wenn du eine bestimmte Wechselwirkung beobachtest (Ein Stabmagnet zieht eine Eisenkugel an etc), kannst du dir überlegen, wie gross die Kraft ist, wovon sie abhängt, in welche Richtung sie zeigt. Meistens ordnet man dieser Kraft noch ein Feld zu, das dir sagt, welche Eigenschaften der Raum an einer bestimmten Stelle hat, um Kräfte wirken zu lassen, das ist dann besonders praktisch zu rechnen und erleichtert auch das Verständnis.

Der Welle-Teilchen-Dualismus ist das eine, Magnetfelder sind etwas anderes. Allen Objekten mit Ladung wird ein elektrisches Feld zugeordnet. Ist die Ladung beschleunigt, kommt ein Magnetfeld hinzu. Man kann zeigen, dass elektrische Felder und Magnetfelder in engem Zusammenhang zueinander stehen und zu einer Theorie vereinigt werden können.

In Materialen entscheidet die Zusammensetzung darüber, welche elektrischen und magnetischen Eigenschaften vorliegen. Ein Metall hat meistens ein Metallgitter, das ähnlich wie ein Kristall aufgebaut ist: Die Atome bilden ein geordnetes Gitter und die Valenzelektronen (die äusseren Elektronen der Hülle) bilden ein Elektronengas, da sie sich im Metall quasi frei bewegen können.

Dennoch ist das Metall nach aussen hin erstmal neutral, da sich die Ladungen in der Summe in etwa aufheben. Lege ich von aussen eine Spannung an, ändert sich das. Ein stromdurchflossener Leiter bildet ein Magnetfeld aus und ein elektrisches Feld, von aussen angelegt, kann beispielsweise Felder im Inneren des Materials erzeugen (Polarisation).

Eine Kraft ist also einfach eine Wechselwirkung.

Die Schwerkraft ist jeden Tag sichtbar: Wenn du hochspringst, erfährst du, wie die Schwerkraft dich wieder auf den Boden fallen lässt.

Wenn du einen Magneten hast, kannst du testen, wo die elektromagnetische Kraft wirkt: Welche Materialien sind magnetisch, welche wenig, welche gar nicht?

Mechanische Kräfte: Ist es leichter, in einer Tasse Kaffe mit dem Löffel zu rühren oder in einem Glas Honig? Übt der Löffel eine Kraft auf den Honig aus oder der Honig auf den Löffel (wenn das Honigglas festgehalten wird)?

Anfänger_aus_TerraX · Anmeldungsdatum: 05.09.2013 Beiträge: 6

Au backe, ist das kompliziert.

>Wenn du einen Magneten hast, kannst du testen, wo die
>elektromagnetische Kraft wirkt: Welche Materialien sind magnetisch, welche
>wenig, welche gar nicht?

Das hatten wir schon in Physik, Cobalt, Nickel und Eisen sind magnetisch, wobei es unterschiedliche Eisen gibt, manche Eisen-Stahl-Sorten sollen nicht magnetisch sein (je höher der Edelstahl legiert ist).

> Für Radioaktivität hat der Mensch zum Beispiel kein Sinnesorgan

Und was ist mit den Zellen? Die reagieren doch auf radioaktive Strahlung und gehen nach einer Weile kaputt und es gibt Krebs.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

So kompliziert ist das auch wieder nicht, du suchst halt eine Wechselwirkung irgendeiner Art und die möchtest du beschreiben^^

Ja, richtig, Kobalt, Eisen und Nickel sind beispielsweise magnetisch, wobei es dann auch auf die Art des Eisen-Stahl-Kombination ankommt, wenn es sich um eine Legierung handelt.

Das mit dem Krebs ist richtig, aber eigentlich willst du ja Dinge sofort wahrnehmen, ohne dass es dich zerstört. Zum Zeitpunkt der Bestrahlung merkst du nichts, es sei denn, die Dosis ist so hoch, dass du ein Wärmegefühl verspürst (weil extrem viele Teilchen die Wärmesensoren reizen). Wenn du nach Jahren Krebs bekommst oder sonstige Probleme auftreten, ist es zu spät und es könnte auch an anderen Einflüssen liegen. Das ist manchmal richtig schwierig zu unterscheiden und ein statistisches Problem (wieviele Menschen erkranken in der Nähe von Kernkraftwerken etc).
(Normalstarke) elektrische Felder kannst du auch nicht wahrnehmen, die kannst du nur messen mit Geräten. Der Haifisch hat aber spezielle Sensoren, die noch den elektrischen Impuls von deinem Herzschlag wahrnehmen können. So und mit dem Geruchssinn spürt er Beute auf.

Ein anderes Beispiel sind Zugvögel, die das Magnetfeld der Erde "sehen" können und somit wissen, wie sie im Winter nach Süden kommen.

Du siehst, es hängt auch ganz von der Spezies ab, welches Lebewesen die Umwelt wie wahrnimmt.

Anfänger_aus_TerraX · Anmeldungsdatum: 05.09.2013 Beiträge: 6

> Das mit dem Krebs ist richtig, aber eigentlich willst du ja Dinge sofort
> wahrnehmen, ohne dass es dich zerstört. Zum Zeitpunkt der Bestrahlung
> merkst du nichts,
Ein gutartiger Krebs zerstört nichts.

> Wenn du nach Jahren Krebs bekommst oder sonstige Probleme auftreten,
> ist es zu spät
Wenn ich mit einer Fahrerin im Auto sitze, die 216 km/h fährt und ich das durch Ablesen am Tacho sofort warnehme, dann kann mich das auch zerstören, wenn die Fahrerin dann die Leitplanke berührt und ich daran zu Grunde gehe. Also hätte mir in diesem Fall auch das frühzeitige Wahrnehmen der hohen Geschwindigkeit nichts genützt, die Probleme werden dann trotz frühzeitiger Erkennung der hohen Geschwindigkeit aufgetreten sein.

> Der Haifisch hat aber spezielle Sensoren, die noch den elektrischen
> Impuls von deinem Herzschlag wahrnehmen können. So und mit dem
> Geruchssinn spürt er Beute auf.

Was wäre denn bei dem Fall, wenn ich durch den Schreck auf das Zusammentreffen mit dem Hai Kammerflattern bekäme, mein Herz dann so schnell schlägt und der Hai-Herzhöre-Sensor zu langsam ist und Aliasing-Effekte beim Orten der Herzfrequenz auftreten und der Haifisch dann zu einer Fehlinterpretation des Mess-Signals kommt? Würde er mich dann noch über den Geruchs-Sensor wahrnehmen? Ich bin aber dann im Salzwasser und gewissermaßen mit "Wasser gewaschen". Wie soll mich denn der Hai dann "riechen"? Fische stinken ja von selber, aber ich, wenn ich mich vorher wasche, stinke nicht.

Hast Du auch schon mal davon gehört, dass ein Haifisch auch SeekabelSignale wahrnehmen kann? Könnte denn die NSA aus den USA auch solche Sensoren wie Haie haben und dann so ein Seekabel-Internet-Signal, dass von Europa nach Afrika geht, wie eine Stromzange auswerten?

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Auch einen gutartigen Krebs kann man ohne Weiteres nicht wahrnehmen, sprich, man benötigt ein Messgerät.

Beim Autofahren weiss ich nicht, worauf du genau hinauswillst- es ist definitiv schlecht zu rasen und es tut einem nicht gut, wenn man die Leitplanke ... "berührt". Und auch hier brauchst du einen Tacho, um die Geschwindigkeit ablesen zu können. Insbesondere die Geschwindigkeit von Objekten grosser Masse wird unterschätzt - man neigt dazu, Lastwagen als langsamer einzuschätzen.

Wenn dein Herzschlag unregelmässig wird, wird der Hai dich besonders als Beute einstufen - meistens verwechselt er an der Oberfläche wild panisch paddelnde Menschen mit Robben, die eigentlich unter anderem seine Beute sind.

Über die Empfindlichkeit seiner Sensoren weiss ich nicht viel, er wird aber definitiv einen grösseren Frequenzbereich gut abdecken können, also ist es egal, wie unregelmässig dein Herz schlägt. Auch die Seekabel kann er wahrnehmen.

Noch eine Frage an dich, du erwähnst Aliasing, was ist denn das genau, hast du davon schonmal was gehört?

Die Ausbreitung von Partikeln, die im Meer treiben, können in Näherung durch eine Diffusionsgleichung beschrieben werden. Wenn du beispielsweise blutest, dann dünnt sich die Anzahl der Partikel, die weit kommen, zwar schnell aus in Wasser, aber da der Hai sich darauf spezialisiert hat, so etwas wahrzunehmen (sonst würde er niemals Beute finden im grossen Meer), kann er selbst kleinste Blutspuren noch wahrnehmen und verfolgen.

Das mit der NSA klingt sehr abenteuerlich, da weichen wir ein bisschen von der Physik ab.

Anfänger_aus_TerraX · Anmeldungsdatum: 05.09.2013 Beiträge: 6

Doch, so einen Krebs kann man schon selber wahrnehmen, angenommen, es ist ein Hubbelknupps, der dick ist, dann können Nervenreizungen erfolgen und man kann den Krebs wahrnehmen. Oder aber kan sieht eine Veränderung an der Haut, dass kann ich dann mit den Augen machen, es sein denn, Du definierst auch meine hübschen Augen als Messgerät.

Aliasing ist meine Katze, die mit ihren Pfoten Messwerte abtasten kann. Wenn sie zu langsam abtastet, dann können falsche Signalergebnismesswerte entstehen. Hast Du auch eine Katze?

Eine Katze kann ziehmlich hoch springen. Dazu benötigt sie einiges an Energie. Wir mussten im Physikunterricht vor ein paar Wochen mal berechnen, wie viel Kraft eine Katze braucht, um aus der Starre grade nach oben zu hüpfen. Ich habe dazu mit meiner eigenen Katze gerechnet. Man rechnet immer mit vielen, aber manchmal kann man sich auch verrechnen und es passieren Dinge, mit denen man nicht gerechnet hat. Ein Rechenexempel: Eine Kuh auf der Wiese soll mit 3 Kühen im Stall addiert werden. Normalerweise rechnet man im Ergebnis mit 4 Kühen. Das ist der Besitz eines Bauers. Nun will sich die Frau aber ein Schmuck leisten und verkauft ohne Wissen des Gatten eine Kuh, und wenn dann der Gattenbauer mit 4 Kühen rechnet, obwohl er nur drei hat, dann rechnet er mit falschen Tatsachen, so wie es hin- und wieder auch einige Banken zu tun pflegten - falls Du schon mal was vom Baulöwen Schneider gehört hast, dass war so ein Bauunternehmer aus Deutschland.

Oder wenn ich Benzin in einem Tank habe und von Hamburg nach München fahre. Ich muss bedenken, dass das Auto nicht gleichförmig Benzin verbraucht. Der Benzinverbrauch wird mit der Zeit sinken, denn dadurch, dass Benzin "verbraucht" wird, wird das Auto leichter, folglich wird bei weniger Gewicht auch weniger Benzin verbraucht. Eine wichtige Frage ist aber dabei auch, wie viel das ausmacht oder ob man dieses Problem mit dem Gewichtsverlust durch Benzinverbrauch ausklammern kann. Aber bei Raketen geht das nicht. Darum werden ja auch die Tanks, wenn sie leer sind, abgesprengt, weil man so einfach Energie sparen kann. Würde man die Tanks nicht absprengen, dann würde das Raumschiff ja immer weiterfliegen und nicht in einer vorher berechneten Bahn ankommen.

> Die Ausbreitung von Partikeln, die im Meer treiben, können in Näherung
> durch eine Diffusionsgleichung beschrieben werden.

An was fuer Wellen hast Du denn gedacht? Es gibt glaub ich Schallwellen, Lichtwellen und Wasserwellen. Licht wird übrigens im Wasser gebeugt, ohne dass dafür Muskeln nötig sind oder Energie verloren geht. Die Beugung geht einfach so von Statten. Manchmal beuge ich mich auch, wenn was runterfällt. Dazu brauche ich dann wieder Energie, um die Beugung durchzuführen. Verben kann man auch beugen (oder auch deklinieren).

> Beim Autofahren weiss ich nicht, worauf du genau hinauswillst- es ist
> definitiv schlecht zu rasen und es tut einem nicht gut, wenn man die
> Leitplanke ... "berührt"

Man kann übrigens auch eine Kraft berechnen, mit der man auf die Leitplanke auftrifft. Man könnte auch - abhängig von Werkstoff und Form der Planke, die Auswirkung der Kraft vorher berechnen, dazu gibt es neben den Schwangerschafts-Fem-Tests auch FEM-Tests, um Metalle im Computer farbig zu machen und Eindellungen sichtbar hervorzuheben.

Aber da kommen wir wieder auch zum eigentlichen Kernproblem. Ich kann bisher eine Kraft stets nur anhand ihrer Auswirkungen erkennen, ich kann sie aber nicht dierekt sehen. Was ist also eine Kraft? Eine Welle kann es nicht sein, denn dann müsste man sie mit einem Oszilloskop, wo man mit der richtigen Abtastfrequenz abtastet, um Aliasing zu vermeiden, sehen können. Wäre eine Kraft ein Stück Licht oder ähnliches, dann müsste man es mit einem Fotosensor erkennen können, dass geht aber auch nicht. Also sind Kräfte auch keine Quanten. Aber dennoch gibt es scheinbar Kräfte, die dann sogar den Raum verbiegen können, dass habe ich jetzt bei Terra X gesehen, da ging es um die relative Theorie von dem Einstein, der einfach sagte, dass sich ein Raum durch das Licht verformen kann.

Warum kann ich also eine Kraft nicht sehen, sondern nur Auswirkungen der Kraft feststellen? Was hat dieser Newton sich eigentlich dabei gedacht, einfach so einen Kram zu postulieren? Da hat es der Nils Bohr anders gemacht, der hat ein Atom aufgebohrt und hat gesagt, da drinnen sind Elektronen und Neutronen und noch so Dinger und die Elektronen schwirren aussen drumherum, aber ein Elektron ist wieder ein kleines Teilchen. Stößt das Teilchen wieder wo dran, dann entsteht ein Mini-Impuls, den ich auch nicht sehen kann, sondern nur berechnen kann und dann wie bei dem Impuls mit dem Auto, dass hoffentlich nie in eine Leitplanke fährt, dann in Abhängigkeit vom Impuls eine Bedellung der Leitplanke von Statten geht. Ich ziehe aber die Bebellung des Hundes einer Bedellung der Leitplanke vor. Und dadurch entstehen wieder Schallwellen, die ich aber wieder theoretisch "sehen" kann, so Schallwellen sind ja nichts weiter als kleine Teilchen, die durch die Luft fliegen und dann z.B. auch auf den Amboss in meinem Ohr treffen und dort dann in Nervenimpulse umgebaut werden.

Hagebuttentee · Anmeldungsdatum: 12.09.2013 Beiträge: 1

Hallo Anfänger aus TerraX,

bist Du Dir sicher, dass eine Tankfüllung ausreichend ist, um von Hamburg nach München zu kommen?

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Du bringst einige Beispiele, querfeldein aus Natur und Technik, Physik und anderen Bereichen. Alles sehr interessant.

Aber deine eigentliche Frage ist ja, wie du Kräfte wahrnehmen kannst. Mal eine Gegenfrage: Wie würdest du es dir denn vorstellen, wenn du sie wahrnehmen könntest, was versprichst du dir davon?

Im Prinzip hast du ja schon das Problem, dass die Frage vier Teilpunkte beinhaltet, wenn man annimmt, dass alle Erscheinungen durch die vier Grundkräfte beschrieben werden können.

Ich denke nicht, dass man alles im Leben mit eigenen Augen sehen (oder Ohren hören etc) kann. Wenn es ein "spezieller" Krebs ist, der Ausbeulungen auf deiner Haut bildet oder juckt, nimmst du ihn wahr, wenn du in einem bestimmten Bereich Wellenlängen im Auge aufnimmst, nimmst du das wahr usw.
Bienen sehen auch im UV-Bereich, aber bloss, weil ich das nicht sofort sehe (und evtl erst nach einem langen Strandbesuch an der Sonne wahrnehme), stört es mich nicht, dass es vielleicht mehr gibt, als man so auf die Schnelle entdecken kann.

Wissenschaftlich vorgehen heisst nicht, dass man alles gesehen hat oder sich vorstellen kann. Es heisst, dass man aufgrund von Fakten einen Inhalt schlüssig darstellen kann und ihn soweit wie möglich mit der Realität vergleicht.