Erklären der Bewegung eines Menschen und eines Raumfahrzeugs, die die Erde umkreisen [geschlossen]

Ein Mensch und ein Raumschiff umkreisen die Erde. Der Mann befindet sich außerhalb des Raumfahrzeugs und ist in keiner Weise mit dem Raumfahrzeug verbunden. Der Abstand zwischen dem Mann und dem Raumschiff bleibt konstant. Warum gehen sie nicht auseinander?

a) Die auf den Astronauten und das Raumfahrzeug wirkende Schwerkraft ist vernachlässigbar

b) Das Raumschiff und der Astronaut befinden sich mit der Erde in einer Umlaufbahn um die Sonne

c) Die auf den Astronauten und das Raumfahrzeug wirkenden Schwerkraftkräfte sind gleich.

d) Die Beschleunigungen des Astronauten und des Raumfahrzeugs sind umgekehrt proportional zu
ihren jeweiligen Massen.

Dies ist eindeutig eine schlecht formulierte Frage, die auf verschiedene Weise interpretiert werden kann, insbesondere die Antwort auf Teil d. Mehrere Personen (darunter mehrere Schul- und Nachhilfelehrer) sind geteilter Meinung über die Antwort.

Ich glaube, die Antwort ist d. Der Grund, warum ich das sage, liegt daran, dass die Beschleunigung umgekehrt proportional zur Masse ist, was dazu führt, dass der Mensch und das Raumfahrzeug die gleiche Beschleunigung haben, obwohl eine unterschiedliche Größe der wirkenden Gravitationskraft vorliegt. Da sie also mit der gleichen Geschwindigkeit beschleunigen, sollten sie sich nicht voneinander entfernen.

Andere glauben jedoch, dass die Antwort b ist. Ich bin mir ihrer Argumentation nicht sicher und sehe nicht, wie die Tatsache, dass zwei Objekte, die die Sonne umkreisen (was für die Frage völlig irrelevant ist), beweist, dass sie den gleichen Abstand voneinander haben sollten. Übersehe ich einen besonderen Effekt, den die Sonne auf Objekte hat, die die Erde umkreisen?

Könnte das jemand klären? Danke

e) Die Beschleunigungen sind normalerweise umgekehrt proportional zu den Massen, aber da die Schwerkraft proportional zu den Massen ist, sind in diesem Fall die Beschleunigungen gleich .
@Javier Also würdest du sagen, dass d die richtige Antwort ist?
Am nächsten an der Wahrheit ist (c) - aber es ist schlecht formuliert. Die Wirkung der Schwerkraft auf beide ist gleich (beide befinden sich im freien Fall um die Erde). Die Größe der Kraft ist unterschiedlich (da unterschiedliche Massen), aber wie Javier betont, sind die Beschleunigungen gleich (weshalb sie sich nicht auseinander bewegen).
Übrigens, sind die "Lehrer" Physiklehrer? Oder nur zufällige Kunst- und Geschichtslehrer? #frage mich nur
@OwenBoyle Das sind richtige Physiklehrer. Ich verstehe, was Sie mit "Effekt der Schwerkraft ist derselbe" meinen, aber wie ist c dann richtig? C gibt an, dass die Kraft auf sie dieselbe ist, was eindeutig falsch ist.
Das Problem mit d) ist, dass es mehrdeutig ist; Um zu sagen, dass zwei Dinge umgekehrt proportional sind, müssen Sie angeben, was festgehalten wird. d) ist richtig, wenn die Kräfte fest sind (was sie nicht sind), aber nicht, wenn die Masse der Erde fest ist (was sie ist).
@Javier Also, was würdest du sagen, ist dann die beste Antwort? Gibt es eine Begründung dafür, warum B richtig ist?
Durch keine Argumentation ist (b) richtig. Die Sonne ist irrelevant. (d) ist nicht mehrdeutig; Tatsächlich ist es klar und richtig formuliert.
Tatsächlich schwebt der Astronaut davon . Die Zeitskala liegt in der Größenordnung einer Umlaufbahn, was ein oder zwei Stunden in einer erdnahen Umlaufbahn sein wird. Die Entfernung vom Astronauten zum Raumschiff könnte sich also alle paar Stunden verdoppeln. Solange der Astronaut also nicht beschließt, ein Nickerchen zu machen, geht es ihm gut.

Antworten (3)

Schauen wir uns jede Antwort der Reihe nach an:

a) Die auf den Astronauten und das Raumfahrzeug wirkende Schwerkraft ist vernachlässigbar

Falsch. Um im Orbit zu sein, muss die Schwerkraft wirken. Wenn es vernachlässigbar wäre, würden sie einfach in einer geraden Linie im Weltraum davonlaufen.

b) Das Raumschiff und der Astronaut befinden sich mit der Erde in einer Umlaufbahn um die Sonne

Das ist richtig, aber irrelevant. Offensichtlich ist alles auf und in der Umlaufbahn um die Erde auch in der Umlaufbahn um die Sonne. Und die Milchstraße. Und so weiter... Aber das ist nicht der Grund, warum sie nicht auseinanderdriften.

c) Die auf den Astronauten und das Raumfahrzeug wirkenden Schwerkraftkräfte sind gleich.

Genau genommen ist das falsch. Die Kraft ist proportional zu ihrer Masse. Wenn das Schiff die 100-fache Masse des Menschen hat, ist die Kraft auf das Schiff 100-mal größer als die auf den Menschen. Ich denke jedoch, dass der Fragesteller versucht haben könnte, so etwas wie die gleiche Gravitationsfeldstärke zu sagen. Dies kommt der erwarteten Antwort also am nächsten.

d) Die Beschleunigungen des Astronauten und des Raumfahrzeugs sind umgekehrt proportional zu ihren jeweiligen Massen.

Falsch. Wenn Sie die gleiche Kraft auf Mensch und Schiff anwenden, würden Sie feststellen, dass dies wahr ist, aber wir tun es nicht. Die Kräfte sind, wie oben erwähnt, unterschiedlich. Die Erdbeschleunigung ist bei beiden gleich.

Die Frage ist schrecklich - keine der Antworten ist eindeutig richtig. Eine ist wahr, aber irrelevant, und diejenige, die die richtige Antwort sein soll (c), ist schlecht formuliert und falsch, wenn man sie wörtlich nimmt.

(c) ist nicht annähernd richtig. Es ist völlig falsch. Die Kräfte auf die Objekte sind proportional zu ihrer Masse. F = G M M / R 2
@garyp Wie ich etwas weiter oben sagte, ist es falsch. Was fast richtig ist, ist die handgewellte Idee, dass die Schwerkraft mit beiden dasselbe macht. Darauf will der Fragesteller meines Erachtens hinaus.

Keine der gegebenen Antworten ist die richtige Erklärung. Der Grund, warum der Astronaut nicht wegschwebt, liegt darin, dass die Erdbeschleunigung für den Astronauten und das Raumfahrzeug gleich ist. Es hält das Raumschiff im Orbit und es ändert sich nicht, nur weil der Astronaut nach draußen tritt. Die Schwerkraft auf den Astronauten und das Raumfahrzeug ist proportional zu ihrer Masse, und ihre Beschleunigung ist proportional zu der auf sie wirkenden Schwerkraft. Ihre Beschleunigung ist aber auch umgekehrt proportional zu ihrer Masse, sodass die Beschleunigung in Bezug auf die Masse tatsächlich konstant ist. Deshalb schwebt der Astronaut nicht davon.

Aber (d) ist die beste Antwort. Es ist nicht falsch, nur unvollständig. Die anderen sind wirklich falsch.
Vielleicht, aber IMHO ist die Frage extrem schlecht formuliert

Die Antwort ist (d) und daran ist nichts zweideutig. A = F / M , WAHR. Aber Newtons Gravitationsgesetz hat F = G M M / R 2 ∝ M , so dass A = G M / R 2 . Seit R ist für beide gleich, ihre Beschleunigung (zentripetal) ist gleich. Umgekehrt proportional zu ihren jeweiligen Massen, ja, aber immer noch gleich.

Die umgekehrte Beziehung zwischen Beschleunigung und Masse ist nicht die ganze Geschichte: Sie brauchen auch die proportionale Beziehung zwischen Kraft und Masse. Aber alle anderen Antworten sind falsch , und (d) enthält einen wesentlichen Teil der Analyse. Es ist die beste Antwort.

Beachten Sie nebenbei, dass die vollständige Geschichte auch die Äquivalenz von Gravitationsmasse und Trägheitsmasse benötigt, etwas, das in der klassischen nicht-relativistischen Mechanik nicht unbedingt wahr ist, aber durch Experimente mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit als wahr bekannt ist. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass sie genau gleich sein sollten.

Update nach Kommentaren

Umgekehrt proportional zur Masse zu sein bedeutet nicht, dass sie numerisch nicht gleich sind. Ich sehe jedoch, dass das, was mir klar erscheint, von anderen anders gelesen wird. Offensichtlich funktioniert mein Kopf genauso wie der Autor der Frage. Aber ... das ist keine gute Situation für eine Prüfungsfrage. Also ich stimme jetzt zu, dass es eine lausige Frage ist.

Beschleunigung ist Geschwindigkeitsänderung. Der Astronaut und das Raumschiff haben die gleiche Geschwindigkeitsänderung, also erfahren sie die gleiche Beschleunigung. Die Kraft ist proportional zur Masse, wenn Sie also diese beiden teilen, erhalten Sie die gleiche Beschleunigung.
@PeterShor Habe ich das nicht gerade gesagt?
Sie haben das vielleicht gesagt, aber Sie haben auch gesagt, dass die Antwort (d) richtig war, was sie nicht ist. Der Astronaut und das Raumschiff haben die gleiche Beschleunigung und sehr unterschiedliche Massen. Die Beschleunigung ist also nicht umgekehrt proportional zur Masse.
@PeterShor Warum ist es nicht richtig? Dies ist eine Multiple-Choice-Frage, und die Regel der Multiple-Choice-Frage lautet: „Wählen Sie die beste Antwort“. Es ist unvollständig, aber das macht nichts. Es ist die beste Antwort.
Es ist völlig falsch. Ebenso (a) und (c). Antwort (b) ist lediglich irrelevant, also vielleicht am besten.
@PeterShor Ok, aber es gibt keinen Fehler in (d) und es ist Teil der vollständigen Antwort. Mehrfachauswahl. Wählen Sie die beste Antwort. Wenn die Ablehnung Ihnen gehört, ziehen Sie vielleicht in Betracht, sie zu entfernen?
(d) ist falsch. (d) sagt, dass die Beschleunigungen unterschiedlich sind. Sie sind nicht. Sie sind gleich. Du hast es selbst gesagt A = G M / R 2 - Es gibt keinen Massenbegriff für die Objekte, daher spielt ihre Masse keine Rolle.
@OwenBoyle Aha. Naja, so lese ich das nicht. Umgekehrt proportional zur Masse zu sein bedeutet nicht, dass sie nicht gleich sind. Ich sehe jedoch, dass das, was mir klar erscheint, von anderen anders gelesen wird ... keine gute Situation für eine Prüfungsaufgabe.
@garyp - Wie ich schon sagte, es ist eine schreckliche Frage. Noch schlimmer ist, dass die Lehrer in der Geschichte das nicht sehen konnten.
@OwenBoyle Ich stimme zu, aber nimm mich beim Wort: Es gibt mindestens einen Universitätsprofessor, dem es vollkommen klar erscheint.
Danke für all eure Meinungen. Ja, ich stimme zu, es ist eine ziemlich schlecht formulierte Frage. Diese Frage war in der diesjährigen Physics HSC-Arbeit enthalten, daher bin ich überrascht, dass sie so schlecht formuliert ist.
Erklären der Bewegung eines Menschen und eines Raumfahrzeugs, die die Erde umkreisen [geschlossen]
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