Wenn eine Rakete oder ein Auto beschleunigt, geht die Luft darin rückwärts oder nicht?

Sie haben völlig Recht mit der Annahme, dass die Luft in einer beschleunigenden Rakete nach hinten gedrückt würde. Dieses Zurückdrücken der Luft würde einen Druckunterschied in der Luft innerhalb der Rakete erzeugen, wodurch die Luft am Boden dichter wird im Vergleich zur Luft an der Spitze, sehr ähnlich dem, was wir auf der Erde finden. Dies führt zur Entwicklung von Auftriebskräften in der Rakete und zu den folgenden Ergebnissen.

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Was den Ballon betrifft, kann es zwei Fälle geben:

1. Wenn der Ballon dichter als Luft ist:

Wenn der Ballon dichter als die Luft ist, „sinkt“ er in der Luft und wir sehen, wie der Ballon in die der Beschleunigung entgegengesetzte Richtung fliegt (ähnlich dem, was wir auf der Erde sehen, wenn ein normaler Luftballon zu Boden fällt).

2. Wenn der Ballon im Vergleich zur Luft weniger dicht ist.

Wenn der Ballon im Vergleich zur Luft in der Rakete weniger dicht ist, „steigt“ er aufgrund der auf ihn wirkenden Auftriebskräfte in die Luft (ähnlich dem, was wir auf der Erde sehen, wenn ein Heliumballon in die Luft steigt!) .

Im ersten Fall wirkt auch die Auftriebskraft, die den Ballon jedoch nicht zum Schweben bringen kann, da die Dichte des Ballons größer ist als die der Luft (siehe Auftrieb).

Wir können also leicht erkennen, dass es nicht zu unterscheiden ist, in einer ständig beschleunigenden Rakete zu sein und auf der Erde zu sein, solange die auf der Rakete gefühlte Beschleunigung 9,8 m/s^2 beträgt (abgesehen von den Gezeitenkräften, wie Sie erwähnt haben).

Um eine Perspektive zu entwickeln: (ich hoffe, das hilft, Ihre Zweifel auszuräumen)

Das Verhalten eines mit Helium gefüllten Ballons in einem luftgefüllten Fahrzeug bei gleicher konstanter Beschleunigung ist unter allen Umständen gleich: Relativ zum Fahrzeug bewegt sich der Ballon aufgrund des Auftriebs in die gleiche Richtung, in die das Fahrzeug beschleunigt .

In einer Rakete wandert der Ballon zur Vorderseite der Rakete, dh in die Richtung, in die die Rakete beschleunigt.

In Ihrem Haus bewegt sich ein mit Helium gefüllter Ballon auf das Dach des Hauses zu, das die Richtung ist, in die Ihr Haus beschleunigt. Aus Einsteins Sicht der Schwerkraft wird ein Stein, den Sie im Haus loslassen, nicht auf die Erde beschleunigt. Stattdessen bewegt sich der Stein mit einer konstanten Geschwindigkeit und scheint nur auf die Erde zu zu beschleunigen, weil Ihr Haus tatsächlich nach oben beschleunigt, weil die Erdoberfläche nach oben beschleunigt.

In dem Video erfährt das Fahrzeug eine Kombination aus Beschleunigung nach oben aufgrund der Aufwärtsbeschleunigung der Erdoberfläche und Beschleunigung nach vorne aufgrund des Motors des Fahrzeugs. Die Verwendung einer Vektoraddition der beiden Beschleunigungen bedeutet, dass die Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugs nach oben und nach vorne gerichtet ist, was die gleiche Richtung ist, in die sich der Ballon so weit wie möglich bewegt, vorausgesetzt, er ist angebunden.

Technisch gesehen ist die Einstein-Perspektive, dass ein Stein, den Sie loslassen, keine richtige Beschleunigung erfährt . Das scheinbar beschleunigte Gestein entsteht durch die Schwerkraft, die als fiktive Kraft wirkt , durch die Verwendung eines beschleunigenden Bezugsrahmens . Es ist die Erdoberfläche, die eine nach oben gerichtete Beschleunigung erfährt.

Bearbeiten Sie, um Ihre Folgefrage zu beantworten:

Auf den ersten Blick scheint es nur eine Frage der Perspektive zu sein, was richtiger ist, wenn man sagt, dass sich die Erdoberfläche mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und ein Stein, der aus ein paar Metern Höhe fällt, auf die Erde zu beschleunigt oder zu Nehmen wir an, dass sich der Felsen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und die Erdoberfläche nach oben beschleunigt, bis sie auf den Felsen trifft. Schließlich können Sie wirklich messen, wie sich der Abstand zwischen dem Felsen und der Erde mit der Zeit ändert, was aus beiden Perspektiven scheinbar dieselbe Gleichung wäre.

Allerdings stellt sich heraus, dass es nicht ganz richtig ist, so zu sagen „es ist alles relativ“. Es ist möglich, ein Experiment durchzuführen, um festzustellen, dass die Erdoberfläche tatsächlich nach oben beschleunigt und sich nicht nur mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Gemäß der speziellen Relativitätstheorie (die sich durch viele verschiedene Experimente als richtig erwiesen hat) laufen zwei Uhren, die sich mit der gleichen konstanten Geschwindigkeit bewegen, wie erwartet mit der gleichen Geschwindigkeit. Wenn jedoch zwei Uhren in einem festen Abstand voneinander mit einer konstanten Geschwindigkeit beschleunigt werden, läuft die hintere Uhr etwas langsamer als die vordere Uhr, ungefähr um einen Faktor

$$T_d \approx 1 + \frac{ah}{c^{2}} ,$$ Wo $a$ist die Größe der Beschleunigung, $h$ist, wie viel vor der hinteren Uhr die vordere Uhr in Beschleunigungsrichtung ist, und $c$ist die Lichtgeschwindigkeit. Dieser Effekt wird Gravitationszeitdilatation genannt , aber er kann einfach unter Verwendung der speziellen Relativitätstheorie abgeleitet werden , ohne die allgemeine Relativitätstheorie zu benötigen . Der Effekt ist sehr gering, aber groß genug, um mit Atomuhren in zwei verschiedenen Höhen messbar zu sein. Wenn Sie das Experiment durchführen, stellen Sie fest, dass die Gravitationszeitdilatation zeigt, dass die Erdoberfläche tatsächlich mit einer Geschwindigkeit nach oben beschleunigt $a=g$, Wo $g$ist die Erdbeschleunigung an der Erdoberfläche.

Es mag unmöglich erscheinen, dass die Erdoberfläche anstelle des Felsens beschleunigt, denn eine überall nach oben beschleunigte Erdoberfläche würde bedeuten, dass die Erde explodiert, was eindeutig nicht der Fall ist. Die Beschleunigung verschiedener Teile der Erdoberfläche wird jedoch in unterschiedlichen Trägheitsbezugssystemen gemessen, so dass das Gesamtbild nicht das einer Explosion der Erde ist. Und es ist kein „Schummeln“, aus unterschiedlichen Trägheitsbezugssystemen zu schließen, dass sich die Erdoberfläche beschleunigt, denn es gibt keine andere Wahl, als unterschiedliche Trägheitsbezugssysteme für verschiedene Teile der Erdoberfläche zu verwenden. Entgegen Newtons Annahme gibt es kein inertiales Bezugssystem, das die gesamte Raumzeit umfasst.