Kräfte Bezugssysteme

ricore · Anmeldungsdatum: 11.01.2016 Beiträge: 3

Guten Abend!

Ich habe eine kleine Verständnisfrage zu einem beschleunigten Bezugssystem.
Und zwar frage ich mich, welche Kräfte genau auf ein Pendel wirken, das an der Decke eines Schiffs (Oder von mir aus irgendeines anderen Objekts) befestigt ist und an dessen anderem Ende eine Kugel hängt, wenn das System sich mit konstanter Beschleunigung bewegt.
Nun, das Pendel lenkt sich ja aufgrund der Trägheit der Kugel in die entgegengesetzte Richtung der Beschleunigung aus. Senkrecht nach unten wirkt wie immer die Schwerkraft. Zudem ist die Masse ja durch das Pendel an der Decke befestigt, sodass in Richtung des Pendels nach oben quasi eine Zugkraft auf die Kugel wirken müsste. Diese schräg gerichtete Zugkraft lässt sich in einen horizontalen und einen vertikalen Anteil aufteilen.
Weiterhin müsste eine der Beschleunigung des Systems entgegensetzte Kraft auf die Kugel wirken, die vom Betrag her der Kraft entspricht, die das System beschleunigt.
Die Kugel müsste meiner Meinung nach genau in der Lage verharren, in der diese Kraft genau dem horizontalen Anteil der Kraft entlang des Pendels entspricht.
Ist das soweit korrekt oder habe ich etwas (oder alles) falsch verstanden?

Was ändert sich nun, wenn ich diese Situation von innerhalb des Schiffs betrachte? Das bereitet mir die größten Schwierigkeit, vielleicht aber auch nur, weil ich die vorherige Situation nicht richtig verstanden habe. Hoffe ihr könnt mir da ein wenig weiterhelfen grübelnd

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

alles richtig.
Die Frage ist nur was meinst du mit Zug. ich dachte hier gehts um ein SChiff.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8581

Nein das ist nicht richtig. Von einem Inertialsystem aus betrachtet, in dem das Gefährt beschleunigt, wirkt nur die Gewichtskraft und die Zugkraft durch das Pendelseil.

ricore · Anmeldungsdatum: 11.01.2016 Beiträge: 3

Der von mir beschriebene Fall trifft also zu, wenn sich der Beobachter innerhalb des Schiffs, also in dem beschleunigten System, befindet? Oder ist die Situation dann auch anders?

Davon abgesehen: Wenn ich mich außerhalb, also in einem inertialen System, befinde und die Szenerie beobachte, wieso bleibt das Pendel dann in Schräglage ausgelenkt? Wenn nur Gewichtskraft und Zugkraft wirken, dann wirkt doch in horizontaler Richtung nur die horizontale Komponente der Zugkraft - woher dann das Gleichgewicht?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8581

ricore · Anmeldungsdatum: 11.01.2016 Beiträge: 3

Dann ist die horizontale Komponente der Zugkraft durch das Pendel in diesem Fall nichts anderes als die Kraft, die zur Beschleunigung des Schiffs aufgebracht wird?

Das heißt von außen sehe ich nichts anderes, als dass die Kugel zunächst an ihrem Ort verharrt, während Schiff und Pendel in eine Richtung beschleunigt werden. Irgendwann wird die Kugel dann vom Pendel mitgeschliffen. Die Höhe der Kugel, also wie weit das Pendel letztendlich ausgelenkt wird, ergibt sich hier aus dem Gleichgewicht zwischen vertikaler Komponente der Zugkraft sowie der Gewichtskraft?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8581

Das Problem ist vom Inertialsystem aus betrachtet ein wenig schwieriger als die üblichen die man so hat, da sich er Aufhängepunkt des Pendels bewegt, die Masse aber natürlich immer die Lange L davon entfernt sein muss. Das fuehrt zu einigen Nebenbedingungen, wenn Du dies ganze mit Kräften lösen willst.

In diesem Fall ist es einfacher den Lagrange-Formalismus zu verwenden. Dort ist die Lösung dieses Problem einfach eine Standardanwendung ohne irgendwelche Fallen:
http://www.phys.lsu.edu/faculty/gonzalez/Teaching/Phys7221/PendulumWithMovingSupport.pdf

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8581

Pudernase · Anmeldungsdatum: 24.05.2023 Beiträge: 1

Danke für eure Beiträge bisher, die mir geholfen haben bisher alles nachvollziehen zu können.
Jetzt stellt sich mir, bzw eher mein Prof mir, die Frage, wie sich die Frequenz

, im Gegensatz zu

, verändert.
(Wobei

die Frequenz in Ruhelage ist)
Vielleicht ist ja noch jemand hier im Feed aktiv smile

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Können wir das ganze mal von Beginn an durchrechnen?

Also beschleunigt bewegter Aufhängepunkt, Lagrangefunktion, Euler-Lagrange-Gleichungen …