Da die Zentripetalkraft die nach innen gerichtete Kraft ist, die erforderlich ist, um ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn zu bewegen, und die Zentrifugalkraft die scheinbare Kraft ist, die ein Objekt von seinem Zentrum oder seiner Rotationsachse zieht.
Wird also ein Satellit, der sich um die Erde dreht, sowohl durch die Zentripetal- als auch durch die Zentrifugalkraft auf seiner Umlaufbahn gehalten? Oder nur Zentripetalkraft
Wie mir in der Schule beigebracht wurde, dass ein Satellit sowohl Zentrifugal- als auch Zentripetalkraft benötigt, aber ich persönlich denke, es sollte nur Zentripetalkraft sein, da sich der Satellit immer noch um die Erde dreht, wo kommt also die Zentrifugalkraft ins Spiel? Denn der einzige Grund, warum ein Satellit aus seiner Rotationsachse gezogen werden könnte, ist, wenn er vielleicht von einem Asteroiden getroffen würde, oder aus anderen Gründen.
Welche Kraft benötigt ein Satellit, der sich um die Erde dreht?
Im Zusammenhang mit der derzeit akzeptierten Gravitationstheorie, der Allgemeinen (Theorie der) Relativitätstheorie, lautet die Antwort: Es ist keine Kraft erforderlich .
Betrachten Sie den Fall einer Kugel, die aufgrund einer Schnur in eine gleichmäßige Kreisbewegung gezwungen wird. Gemäß einem an der Kugel angebrachten Beschleunigungsmesser gibt es eine Beschleunigung konstanter Größe, die auf die Mitte der Kreisbahn gerichtet ist; dies ist die Zentripetalbeschleunigung, die für eine gleichmäßige Kreisbewegung erforderlich ist. Die für die Beschleunigung verantwortliche Zentripetalkraft kommt von der Spannung in der Saite.
Stellen Sie sich nun einen Beschleunigungsmesser vor, der an einer Kugel befestigt ist, die sich in einer kreisförmigen Umlaufbahn um die Erde befindet. Wir könnten erwarten, dass der Beschleunigungsmesser auf dem Ball die Zentripetalbeschleunigung anzeigt, aber tatsächlich zeigt der Beschleunigungsmesser (idealerweise) Null an! Offensichtlich wirkt auf die umlaufende Kugel keine Nettokraft. Warum folgt die Kugel dann einer Kreisbahn?
In der GR-Ansicht folgt der Ball einem unbeschleunigten Weg (geodätisch) in der Raumzeit, der durch die Masse der Erde gekrümmt ist ( Die Raumzeit sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll; die Materie sagt der Raumzeit, wie sie sich krümmen soll ).
Die Wahrheit ist, dass für einen Satelliten, der sich um die Erde dreht, sowohl Zentrifugal- als auch Zentrifugalkräfte erforderlich sind. Denn während sich der Körper auf einer Kreisbahn bewegt, ist seine Geschwindigkeit an einem Punkt entlang der Tengente, die von diesem Punkt gezogen wird, wodurch die Zentrifugalkraft entsteht, und im Fall eines Satelliten ist die Zentrifugalkraft durch die Schwerkraft der Erde und die Zentrifugalkraft gegeben durch seine Geschwindigkeit gegeben. Und wenn es keine Zentrifugalkraft gäbe, müsste der Satellit auf die Erde fallen.
Richtig, es gibt nur die Zentripetalkraft, die die Gravitationskraft ist, die den Körper in der Umlaufbahn hält. Der Körper fällt aufgrund der Kraft kontinuierlich, hat aber auch einen Impuls senkrecht zur radialen Richtung, also umkreist er (ich nehme an, Sie kennen diese Details).
Die Zentrifugalkraft wird in der Analyse hinzugefügt, wenn Sie sich im Bezugsrahmen des Körpers befinden, oder Bezugsrahmen, in dem er sich in einer geraden Linie bewegt. Es handelt sich dann um einen nicht trägen (beschleunigenden) Rahmen, der nicht dem zweiten Newtonschen Gesetz folgt, dh , die Zentripetalkraft wirkt auf den Körper, aber sie bewegt sich nicht auf ihn zu (in seinem Rahmen)! Um dem entgegenzuwirken, wird eine fiktive Kraft hinzugefügt, die der realen Zentripetalkraft gleich und entgegengesetzt ist, und das ist die Zentrifugalkraft.
Der Fall ähnelt dem, wie die Rotationsrichtung von Zyklonen durch die Coriolis-Kraft im Bezugssystem der Erde erklärt wird. Dies ist bequemer, als das reale Zwischensystem zu nehmen und die Erdrotation explizit zu untersuchen.
Einfach ausgedrückt ist es die Zentripetalkraft, die den Satelliten in der Umlaufbahn hält.
Aber lassen Sie uns die Terminologie ein wenig besser verstehen. Der Satellit befindet sich im Weltraum und wird von der Schwerkraft der Erde angezogen. Die Richtung dieser Gravitationskraft, die die Erde auf den Satelliten ausübt, ist die Suche nach dem Zentrum , und wir nennen diese Kraft die zentripetale Kraft (d. h. die Suche nach dem Zentrum).
Aber wenn Sie im Satelliten sind, fühlen Sie sich schwerelos. Du schaust hinaus und siehst die Erde. Sie sagen: "Hmm, die Erde ist da, also sollte die Schwerkraft da sein". Als guter Newtonscher Physiker zeichnen Sie also ein Freikörperdiagramm. Aber Sie erkennen, dass der einzige Weg, wie Sie schwerelos sein können, darin besteht, dass es eine nach außen gerichtete Kraft geben muss, die als Zentrifugalkraft bezeichnet wird und die Gravitationskraft aufhebt. Aber die Ursache dieser Kraft ist nicht bekannt, falls sie überhaupt vorhanden ist. Es stellt sich heraus, dass man sich in dem beschleunigenden Satelliten nicht in einem Trägheitsrahmen befindet, und diese Zentrifugalkraft eine fiktive Kraft ist.
Wann Sie welche Terminologie verwenden, hängt von Ihrem Bezugsrahmen ab. Sie müssen sich sehr klar darüber sein, in welchem Bezugsrahmen Sie arbeiten, aber ich persönlich bleibe nur bei der Zentripetalkraft-Interpretation.
Alfred Centauri
QMechaniker