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Tueffel
Anmeldungsdatum: 26.12.2014
Beiträge: 143
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 Tueffel Verfasst am: 30. Dez 2014 12:56 Titel: Freier Fall |
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Gemäß der klass.-mech. Gravitationstheorie ziehen sich zwei Körper mit den Massen M und m gegenseitig mit einer Kraft F = GMm/r² an.
Wenn ein Körper beschleunigt fällt (z.B. auf die Erdoberfläche), dann wird das mit dem Wirken dieser Kraft erklärt.
Hat jemand eine Vorstellung davon wie und wo die Kraft bei dem Körper angreift um ihn zu beschleunigen? |
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 30. Dez 2014 13:17 Titel: |
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Was meinst du mit "wie und wo angreift"? |
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Tueffel
Anmeldungsdatum: 26.12.2014
Beiträge: 143
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| Tueffel Verfasst am: 30. Dez 2014 13:40 Titel: |
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Oder so: Wie stellt die Kraft das an, dass sie den Körper beschleunigt? Wir können sie ja nicht messen. Denn in diesem Zusammenhang können wir immer nur diejenige Kraft messen, die das Fallen eines Körpers verhindert. |
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 30. Dez 2014 14:04 Titel: |
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Die klassische Theorie versucht lediglich, eine Beschreibung der Gravitation zu bringen, nicht, ihren Mechanismus zu klären. Mit der Äquivalenz von schwerer und träger Masse spricht aber wohl nichts dagegen, sie einfach als Trägheitskraft abzutun. |
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Tueffel
Anmeldungsdatum: 26.12.2014
Beiträge: 143
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| Tueffel Verfasst am: 30. Dez 2014 14:23 Titel: |
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Wenn sich die Theorien auf Beschreibungen beschränken würen, dann würden sie die Erscheinungen der Gravitation mitteilen, wie z.B. Freie Fall (dazu zählt auch die Planetenbewegung u. a.) und dass wir eine Kraft aufwenden müssen um einen Körper am Fallen zu hindern. Die Theorien bemühen sich vernünftigerweise aber schon um die Ursachen für diese Erscheinungen um sie uns zu erklären - z.B. mit dem Wirken einer Kraft, mit dem Wirken der Gravitationsfeldstärke oder mit der Krümmung der Raum-Zeit. Es bleibt meine Frage. |
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 30. Dez 2014 14:27 Titel: |
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Wie genau genau Gravitation funktioniert, dafür gibt es unterschiedliche Ansätze. Wie ART, Quantengrvitation, Quantenfeldtheorie. Im Allgemeinen wissen wir aber aus Beobachtung, dass die Gravitation (im Sinne von Anziehungskraft) eines Objekts in der Masse des Objekts begründet liegt. |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 30. Dez 2014 14:48 Titel: |
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| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | Wenn sich die Theorien auf Beschreibungen beschränken würen, dann würden sie die Erscheinungen der Gravitation mitteilen, wie z.B. Freie Fall (dazu zählt auch die Planetenbewegung u. a.) und dass wir eine Kraft aufwenden müssen um einen Körper am Fallen zu hindern. |
Genau das macht die klassische Newtonsche Mechanik doch auch! Sie führt nur als "Rechen-Hilfs-Größe" die Kraft ein und ein paar Gesetze drum herum, wie action = reactio und den Zusammenhang mit der Beschleunigung.
Eine Theorie macht auch an sich nicht mehr. Man versucht mit möglichst wenigen Grundannahmen zu "Rechenvorschriften" zu gelangen, die eine möglichst gute Vorhersage der Realität erlauben.
Man kann nun versuchen und die Basis einer solchen Theorie zu interpretieren. Man kann dann vielleicht auch zu interessanten Schlüssen kommen oder noch allgemeinere Grundprinzipien finden, auf deren Basis eventuell eine noch universellere und/oder im Kern "einfachere" (z. B. mit noch weniger Grundannahmen) Theorie aufbauen kann und so weiter.
Wenn man so etwas wie Wahrscheinlichkeiten in der Quantenmechanik einführt, was von der Theorie her auch erstmal nur "Rechenvorschriften" sind, dann kann man daraus durchaus allgemeinere Schlüsse um das Wesen der Natur ziehen und so, aber das ist eigentlich nicht, weil die Theorie etwas versucht zu erklären, sondern nur, weil man in Experimenten gesehen hat, dass diese mathematische Beschreibung die Natur recht gut widerspiegelt.
Bei der Gravitation hat man gesehen, dass träge Masse gleich der schweren Masse ist. Das ist erstmal eine experimentell sehr gut bestätigte Tatsache. Die ist auch in der Newtonschen Mechanik "mit drin". Was man jetzt daraus macht (z. B. legt das etwa nahe, dass es sich bei der Gravitation um etwas ähnliches wie eine Trägheitskraft handeln könnte?) ist etwas anderes und steht außerhalb der Theorie...
Gruß
Marco |
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Tueffel
Anmeldungsdatum: 26.12.2014
Beiträge: 143
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| Tueffel Verfasst am: 30. Dez 2014 15:03 Titel: |
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Ja. "Man hat gesehen", dass alle Körper im gleichen Verhältnis schwer und träge reagieren. Wir sollten längst nicht mehr von schwerer und träger Masse reden. Das erweckt den Eindruck, als gäbe es diese Massen und wir müssten unterscheiden.
Ja; aber: Ist ein Körper beim freien Fall kräftefrei? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18087
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| TomS Verfasst am: 30. Dez 2014 15:19 Titel: |
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Theorien bieten einen mathematischen Rahmen, um derartige Phänomene zu erklären. Insofern bieten die klassische Mechanik sowie die ART eine mathematische Erklärung, wie und warum ein Körper fällt, beschleunigt wird etc. Der mathematische Formalismus ist dabei sehr präzise.
Was jedoch nicht existiert ist eine Begründung für genau diesen mathematischen Formalismus.
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | Wir sollten längst nicht mehr von schwerer und träger Masse reden. Das erweckt den Eindruck, als gäbe es diese Massen und wir müssten unterscheiden. |
Doch, das sollten wir, um nämlich genau die Identität beider zu diskutieren. Schau dir mal folgende Gleichungen an:
F = ma
F ~ mM
F ~ qQ
Die erste besagt, dass ein Körper der Masse m unter dem Einfluss einer beliebigen Kraft F eine Beschleunigung a erfährt. Die zweite besagt, dass die Gravitationskraft, die auf einen Körper der Masse m wirkt, proportional zu m sowie zur Masse M des zweiten Körpers ist. Die dritte besagt das selbe für die elektrische Kraft auf einen Körper mit Ladung q im Feld eines zweiten Körpers mit Ladung Q.
Es gibt offensichtlich viele Kräfte, in denen Produkte zweier "Ladungen" auftreten. Es gibt aber genau eine Kraft - die Gravitationskraft - für die diese "Ladung m", die wir die schwere Masse nennen, identisch mit der trägen Masse aus der ersten Gleichung ist.
Das ist eine absolut nicht-triviale Erkenntnis. Es ist eine absolute Besonderheit der Gravitation und damit der ART.
Nicht darüber zu reden bzw. dies zu übergehen bedeutet, eine der wesentlichen Erkenntnisse zu ignorieren.
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | Ist ein Körper beim freien Fall kräftefrei? |
Das kommt darauf an, wie du Kraft definierst. Gemäß der Newtonschen Mechanik greift offenbar die von dir genannte Gravitationskraft ~ M an. Gemäß der ART haben wir einen anderen Kraftbegriff, und frei fallende Körper sind kräftefrei. Wenn du selbst frei fallend bist, spürst du auch, dass keine Kraft angreift. Demnach ist die Beschreibung gemäß der ART die natürlichere.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Tueffel
Anmeldungsdatum: 26.12.2014
Beiträge: 143
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| Tueffel Verfasst am: 30. Dez 2014 16:42 Titel: |
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1. Physikalische Phänomene werden nicht durch "einen mathematischen Rahmen" sondern physikalisch mit Hilfe von Semantik erklärt. Der mathematische Formalismus bietet die Möglichkeit zur Berechnung der Werte physikalischer Größen.
2. In der uns umgebenden Natur fällt ein Körper kräftefrei oder nicht - völlig unabhängig von der Theorie, die diesen Vorgang beschreibt. Wenn wir keine Kraft messen können, die die Beschleunigung des Körpers verursacht, dann dürfen wir annehmen, dass er kräftefrei fällt. Das tun z.B. die klassischen Feldtheorien der Gravitation.
3. m und m. Ja, sie sind tatsächlich so sehr identisch, dass es trotz aufwändiger Experimente nicht gelungen ist, bei Objekten von verschiedener stofflicher Beschaffenheit auch nur den kleinsten Unterschied festzustellen.
Wir sollten diese prinzipielle Gleichheit (Einstein: "Wesensgleichheit") so akzeptieren, wie wir es beim Energiesatz längst tun. Ich halte es für unnötig heute noch von schwerer und träger Masse zu sprechen. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 30. Dez 2014 18:15 Titel: |
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| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | 1. Physikalische Phänomene werden nicht durch "einen mathematischen Rahmen" sondern physikalisch mit Hilfe von Semantik erklärt. |
Physikalische Phänomene werden in der Naturwissenschaft gar nicht erklärt, sondern nur beschrieben. Die Semantik ist dabei für die qualitative Beschreibung zuständig und der mathematische Rahmen für die quanitative. "Erklärungen" gibt es nur in dem Sinne, dass eine Beschreibung auf eine andere (fundamentalere) zurückgeführt wird.
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | 2. In der uns umgebenden Natur fällt ein Körper kräftefrei oder nicht - völlig unabhängig von der Theorie, die diesen Vorgang beschreibt. |
Das ist falsch. Die Kraft selbst ist bereits Teil einer Theorie. Je nachdem, wie sie definiert wird, ist ein frei fallender Körper kräftefrei oder eben nicht. Siehe dazu den Beitrag von TomS.
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | Wenn wir keine Kraft messen können, die die Beschleunigung des Körpers verursacht, dann dürfen wir annehmen, dass er kräftefrei fällt. |
Nein, das dürfen wir nicht. In der klassischen Mechanik verbietet das beispielsweise das erste Axiom. Da muss man schon deutlich mehr tun, um eine eventuelle Kräftefreiheit nachzuweisen.
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | Ich halte es für unnötig heute noch von schwerer und träger Masse zu sprechen. |
Ob das nötig oder unnötig ist, hängt vom Kontext ab. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18087
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| TomS Verfasst am: 30. Dez 2014 18:33 Titel: |
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@Tueffel: mich würde mal interessieren, welche physikalischen Theorien du kennst, also dir im Rahmen von Schule und evtl. Studium erarbeitet hast.
Zu 1.: Im Rahmen der klassischen Physik, dem Schulunterricht sowie populärwissenschaftlichen Darstellungen steht die Semantik häufig im Vordergrund der Erklärung, die Mathematik ist "nur" Werkzeug. In der ART und der QM ändert sich dies, und in der QFT bleibt von Semantik letztlich kaum noch etwas übrig, wir haben es fast ausschließlich mit mathematischen Methode zu tun. Von einer semantischen Erklärung, die über die Mathematik hinausgeht, zu sprechen, ist letztlich kaum möglich. Trotzdem betreiben wir Physik, indem wir Mathematik anwenden. Ich habe den Eindruck, dass du nur einen Ausschnitt der Physik kennst und daraus diesen Schluss ziehst. Er trifft heute auf weite Bereiche der modernen Physik (leider) so nicht mehr zu.
Zu 2.: Diese Aussage ist schlichtweg falsch. Da die Theorie den jeweiligen Kraftbegriff erst definiert, kann die Frage, ob kräftefrei oder nicht ohne nur im Kontext der Theorie beantwortet werden. In der Newtonschen Mechanik sprechen wir von einer Gravitationskraft, in der ART nicht.
Zu 3.: Niemand zwingt dich, schwere und träge Masse zu diskutieren. Und niemand zwingt dich, den Energiesatz zu diskutieren. Trotzdem solltest du es tun, anstatt diese einfach hinzunehmen, denn nur durch die Diskussion lernt man etwas.
In der ART existiert im Allgemeinen keine Definition für Gesamtenergie, und daher auch kein Energiesatz im landläufigen Sinn. Daher ist die Diskussion des Energiesatzes, seine Voraussetzungen und sein Äquivalent in der ART auch heute noch sehr interessant.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Tueffel
Anmeldungsdatum: 26.12.2014
Beiträge: 143
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| Tueffel Verfasst am: 30. Dez 2014 19:19 Titel: |
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@TomS, gehe mal davon aus, dass ich physikalischer Laie bin, der zwar mit den Gleichungen verschiedener Theorien ganz gut zurecht kommt, aber Verständnisprobleme mit einigen physikalischen Erklärungen hat. Deshalb meine einfachen Fragen, auf die ich von den Fachleuten gerne verständliche Antworten gehabt hätte. Leider - aber i.O., ich möchte das hier von meiner Seite beenden, ehe es noch persönlicher wird und melde mich demnächst mit einer letzten Frage. |
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 30. Dez 2014 19:28 Titel: |
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| Tueffel hat Folgendes geschrieben: |
1. Physikalische Phänomene werden nicht durch "einen mathematischen Rahmen" sondern physikalisch mit Hilfe von Semantik erklärt. Der mathematische Formalismus bietet die Möglichkeit zur Berechnung der Werte physikalischer Größen. |
Das sehe ich anders. Ich lehne es jedenfalls ab, "physikalisch" als Synonym für "cool", "intuitiv", "anschaulich" und "mathematisch" für "trocken", "pendantisch" oder "pragmatisch" zu verwenden. Naturwissenschaft schränkt, verglichen mit der Philosophie, das Spektrum erlaubter Fragen zugunsten der Sicherheit der darauf zu gebenden Antworten ein. Bestandteil einer Theorie ist lediglich der Vorrat direkt überprüfbarer quantitativer Aussagen, wofür sich die Sprache der Mathematik bewährt hat, Interpretationen sind oftmals nicht zwingend. Zum Beispiel ist es in der QM offen, ob man der probabilistischen Bornschen Interpretation von  als Wahrscheinlichkeitsdichte oder der deterministischen de Broglie-Bohm Interpretation der Wellenfunktion als Führungsfeld folgt, anhand von Beobachtungen sind diese nicht zu unterscheiden.
Außerdem ist beispielsweise aus der Newtonschen Mechanik die Hamiltonsche Mechanik entstanden. Jedoch lassen sich auch quantenmechanische Systeme als unendlichdimensionale Hamiltonsche Systeme beschreiben. Die Semantik ist offensichtlich eine andere.
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Wenn du selbst frei fallend bist, spürst du auch, dass keine Kraft angreift. Demnach ist die Beschreibung gemäß der ART die natürlichere. |
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | 2. In der uns umgebenden Natur fällt ein Körper kräftefrei oder nicht - völlig unabhängig von der Theorie, die diesen Vorgang beschreibt. Wenn wir keine Kraft messen können, die die Beschleunigung des Körpers verursacht, dann dürfen wir annehmen, dass er kräftefrei fällt. Das tun z.B. die klassischen Feldtheorien der Gravitation. |
TomS: Ich würde lieber schreiben "... spürst du auch nicht, dass eine Kraft angreift".
Tueffel: Wenn ich frei fallend bin, nehme ich keine Kraft wahr. Da die Gravitationskraft auf alle Volumenelemente meines Körpers gleichermaßen wirkt (in der Form, dass alle gleich beschleunigt werden), verändert sich an der inneren Konfiguration meines Körpers nichts. Nehmen wir modellhaft an, mein Körper bestünde aus lauter Massestücken, die durch Federn verbunden sind, so könnte ich durch das Eindrücken einer Feder eine Kraft nachweisen. Da aber nichts relativ zueinander ausgelenkt wird, habe ich keine Chance, eine Kraft nachzuweisen. Anders sieht es aus, wenn ich mit einem Hammer auf meinen Finger schlage.
Ich kann Kräfte aber mit einem Federkraftmesser nachweisen. Wenn ich den mit in den Fahrstuhl nehme, greift an ihm dieselbe Kraft an, das zählt also nicht. Wenn ich ihn aber irgendwo in dem, was wir als Inertialsystem auffassen, festmache, kann ich sehr wohl eine Kraft nachweisen.
Im ersten Newtonschen Axiom wird heutzutage formuliert: Es gibt Bezugssysteme (genannt Inertialsysteme), in denen sich kräftefreie Körper geradlinig gleichförmig bewegen. In diese Beschreibung fließt ein, dass wir 1. den uns umgebenden Raum als affinen Raum modellieren (und nicht als semiriemannsche Mannigfaltigkeit, wo "Geradlinigkeit" an die Metrik gebunden ist, welche wiederum abhängig ist von den Objekten, die sich im Raum befinden) und 2. einen falsifizierbaren Satz von Regeln haben, die beschreiben, wann auf welchen Körper welche Kraft wirkt.
Im Übrigen widersprichts du dir: Wenn ein Körper in einem Inertialsystem beschleunigt wird, so bedeutet das, dass eine Kraft wirkt. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18087
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| TomS Verfasst am: 30. Dez 2014 21:05 Titel: |
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| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | ... ich möchte das hier von meiner Seite beenden, ehe es noch persönlicher wird ... |
OK.
Mir ist nur nicht klar, was daran jetzt "persönlich" ist. Ich habe lediglich das Gefühl, dass wir einander missverstehen. Das kann man vermeiden, wenn man den Standpunkt des anderen jeweils besser kennt.
| Tueffel hat Folgendes geschrieben: | | Deshalb meine einfachen Fragen, auf die ich von den Fachleuten gerne verständliche Antworten gehabt hätte. |
An der Verständlichkeit kann man noch arbeiten.
Ich habe aber den Eindruck, dass das nicht das Grundproblem ist. Du hast als Laie eine Meinung, und möchtest diese von den Experten bestätigt haben. Nur leider haben die Experten eine andere Meinung als du, und das passt dir nicht. Sorry, aber das ist mein Eindruck. Denk mal drüber nach.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18087
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| TomS Verfasst am: 31. Dez 2014 09:05 Titel: |
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@Jayk: ja, du hast recht
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