Wir wissen, dass sich Astronauten in der ISS „schwerelos“ fühlen, weil sie sich in einem ständigen freien Fall befinden. Die Schwerkraft der Erde ist die einzige Kraft, die auf sie wirkt, und sie beschleunigt sie mit der gleichen Geschwindigkeit wie die ISS zum Erdmittelpunkt.
Stellen Sie sich jetzt jedoch eine Besatzung in einem Raumschiff vor, die sehr weit von jedem Planeten, Stern oder massiven Objekt entfernt ist. So sehr, dass keine Gravitationskraft auf sie wirkt. Das Raumschiff bewegt sich auch mit konstanter Geschwindigkeit, sodass die Besatzung eine Beschleunigung von Null hat.
In beiden Situationen fühlen sich die Astronauten „schwerelos“ und „schweben“ gleichermaßen. Die beiden Situationen unterscheiden sich jedoch sehr stark in Bezug auf Kräfte und Beschleunigung. Wie können wir das erklären?
Das Gefühl von Gewicht ist einfach das Gefühl von „etwas“, das auf dich drückt. Stellen Sie sich zum Beispiel in einen Aufzug, der nach oben beschleunigt, und Sie werden sich schwerer fühlen. Stellen Sie sich in einen Aufzug, der nach unten beschleunigt, und Sie werden sich leichter fühlen.
In beiden Szenarien, die Sie beschreiben, ist es so, dass nichts auf Sie drückt, um Ihre Beschleunigung zu verursachen. Auf der ISS ruhen Sie relativ zur ISS, sodass nichts auf Sie drückt. Wenn Sie sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, ohne dass Kräfte auf Sie einwirken, gilt dasselbe.
Beachten Sie, dass dies mit dem Äquivalenzprinzip zusammenhängt , das Sie vielleicht interessieren könnte.
In beiden Situationen fühlen sich die Astronauten „schwerelos“ und „schweben“ gleichermaßen. Die beiden Situationen unterscheiden sich jedoch sehr stark in Bezug auf Kräfte und Beschleunigung. Wie können wir das erklären?
Willkommen bei SE und ausgezeichnete erste Frage!
Ihre Frage ähnelt stark dem, was Einstein zum Äquivalenzprinzip geführt hat, nur dass es zu seiner Zeit weder Astronauten noch Raumstationen gab, weshalb seine Vorstellungskraft umso beeindruckender war. Was er und Sie erkannt haben, ist, dass die Schwerkraft in einem kleinen Maßstab wie innerhalb der ISS nicht von einer Trägheitskraft (auch als fiktive Kraft oder Pseudokraft bezeichnet) zu unterscheiden ist, die sich aus der Verwendung eines nicht inertialen Referenzrahmens ergibt.
Das impliziert, dass ein Trägheitsrahmen sich im freien Fall befindet. Es gibt kein Experiment, das die Astronauten vollständig an Bord durchführen können (dh ohne Informationen von außen zu erhalten), das die beiden Situationen unterscheidet. Diese Idee ernst zu nehmen führt zur Allgemeinen Relativitätstheorie.
Grundsätzlich teilen Gravitationskräfte und Trägheitskräfte die folgenden Eigenschaften:
Insbesondere die dritte Eigenschaft erklärt die Unfähigkeit der Astronauten, die beiden Situationen zu unterscheiden. Körperliche Empfindungen, die normalerweise mit der Schwerkraft in Verbindung gebracht werden, sind bei genauerer Analyse eigentlich auf eine andere Kraft zurückzuführen. Wie die Kontaktkraft vom Boden oder einem Stuhl.
Sie können sagen, dass die Nettokraft auf die Astronauten in beiden Fällen Null ist. Während sie die Erde umkreisen, entspricht die Zentrifugalkraft der Gravitationskraft, um die Nettokraft zu Null zu machen, und im leeren Raum gibt es keine Kräfte.
Die Fliehkraft wird normalerweise als „virtuelle“ Kraft bezeichnet, aber in Fällen wie diesen ist sie sehr real. Wenn wir ein solches System in der klassischen Mechanik betrachten, berücksichtigen wir normalerweise keine Beobachter, die sich innerhalb der Objekte befinden, die sich in Umlaufbahnbewegung befinden. Für einen solchen Beobachter ist die Zentrifugalkraft real. Für einen Beobachter, der von außen schaut, ist die Zentripetalkraft real, eine von ihnen zieht das Objekt hinein, die andere drückt die darin befindlichen Beobachter nach außen. Da die „Schwerelosigkeit“ den Beobachtern innerhalb des umlaufenden Objekts widerfährt, ist die Zentrifugalkraft eine gültige Erklärung dafür.
In beiden Situationen fühlen sich die Astronauten „schwerelos“ und „schweben“ gleichermaßen. Die beiden Situationen unterscheiden sich jedoch sehr stark in Bezug auf Kräfte und Beschleunigung. Wie können wir das erklären?
Ich bin nicht einverstanden; Ich denke, die beiden Situationen sind in Bezug auf die Kräfte fast identisch.
Im Fall der ISS wirken auf die Raumstation außer der Schwerkraft praktisch keine Kräfte, wodurch das Gefühl der Schwerelosigkeit entsteht. Im Falle eines Raumschiffs im Weltraum, weit weg von allem, wirken wiederum praktisch keine anderen Kräfte als die Schwerkraft auf das Raumschiff ein, und dies erzeugt das Gefühl der Schwerelosigkeit. In beiden Fällen fühlt sich die Crew also aus genau demselben Grund schwerelos an.
Der einzige Unterschied zwischen den beiden Situationen besteht darin, dass die ISS stark von der Schwerkraft gezogen wird, während das Raumschiff im Weltraum überhaupt nicht von der Schwerkraft gezogen wird. Auf die Erfahrungen der Astronauten hat dies jedoch keinen Einfluss. Ironischerweise gibt uns die Schwerkraft nicht das Gefühl, Gewicht zu haben; Dieses Gefühl wird von all den anderen Kräften außer der Schwerkraft verursacht.
pglpm
Seth Robertson
kandiert_orange
Seth Robertson
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