Wenn ich im Weltraum bin und plötzlich beginne zu beschleunigen, werde ich es fühlen?

Wenn ich mich im Weltraum befinde, zunächst in Ruhe, und jedes einzelne Teilchen in meinem Körper mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung beschleunigt, werde ich das spüren? Mein Gehirn ist gebraten, wenn ich darüber nachdenke. Es gibt zwei Möglichkeiten:

  1. zunächst in Ruhe und dann mit konstanter Beschleunigung in Bezug auf einen Trägheitsrahmen beschleunigen und
  2. zunächst in Ruhe und beschleunigt dann mit konstanter Beschleunigung in Bezug auf einen nicht trägen Rahmen

Also werde ich etwas fühlen:

  1. während ich in Bewegung bin
  2. wenn ich von einem Zustand der Ruhe in einen Zustand der Bewegung übergehe

Meine Intuition ist, dass ich in keinem der Szenarien etwas fühlen sollte (jedes einzelne Partikel in meinem Körper beschleunigt mit der gleichen Geschwindigkeit – es gibt also keine Spannungsquelle – irgendeine Art von Druck oder Zug – zwischen verschiedenen Teilen meines Körpers). aber ich könnte mich sehr irren.

Antworten (6)

Die physikalische Antwort ist, dass ein Beschleunigungsmesser alle Beschleunigungen relativ zu einem Trägheitsrahmen erfasst. Wenn Sie sich im freien Fall befinden und durch ein Gravitationsfeld beschleunigt werden, lautet die Antwort eigentlich nein, da ein Rahmen im freien Fall träge ist, obwohl es für die meisten Zwecke sinnvoller ist, ihn als beschleunigenden Rahmen zu behandeln.

Also zu deinen Fragen der Reihe nach,

1a Ja, aber der freie Fall zählt als Trägheit.

2a Nur wenn Sie auch mit/r/t einem Trägheitsrahmen beschleunigen.

1b Nein, wenn Sie mit "während ich in Bewegung bin" konstante Geschwindigkeit meinen.

2b Ja, vorbehaltlich des Vorstehenden.

Die Antwort der Ingenieure/Biologen lautet schlicht „Nein“. Sie haben angegeben, dass jeder Teil von Ihnen identisch beschleunigt wird, und wenn dies der Fall ist, kann ein Beschleunigungsmesser (biologisch oder anderweitig) nicht so konstruiert sein, dass er eine Beschleunigung erkennt. Ein Beschleunigungsmesser funktioniert, indem er den Bewegungsunterschied zwischen einem meist trägen Rahmen (wie einer Masse an einer Feder oder einer Flüssigkeit in Ihrem Innenohr) und dem Beschleunigungsrahmen (dem Körper des Beschleunigungsmessers oder Ihrem Schädel) misst. Wenn jedes Teilchen gleich beschleunigt wird, gibt es nichts zu messen.

Danke für die ausführliche Antwort! Mein Verständnis ist also: Es ist möglich, einen Beschleunigungsmesser zu entwerfen (oder sogar ein Standard-Beschleunigungsmesser reicht aus), um die Beschleunigung für alle Fälle zu erkennen, ABER wenn wir nur einen identisch beschleunigenden Apparat haben, können wir nichts tun und gewinnen Beschleunigung nicht "fühlen" oder messen können. Ist das korrekt?
Es gibt eigentlich kein Objekt, bei dem alle Teile gleich beschleunigt werden. Beschleunigung ist Kraft dividiert durch Masse, also ist die einzige Kraft, die alle Teile eines Objekts identisch beschleunigen kann, eine Kraft, die direkt mit der Masse variiert. Die einzige Kraft, die das tut, ist die Schwerkraft, und die Schwerkraft zählt nicht. In Wirklichkeit werden wir also immer in der Lage sein, einen Beschleunigungsmesser zu bauen, der funktioniert.
Ah, das klärt es perfekt auf. Danke schön!
Wenn ich auf einem Stuhl sitze, wird mein ganzer Körper mit der gleichen Geschwindigkeit (g) weg von der Trägheitsbewegung beschleunigt. Ich kann dies sowohl an meinem Gesäß als auch in meinen Ohren spüren (die mir das Gefühl geben, in welche Richtung „unten“ geht). Wie vereinbaren Sie das mit Ihrem „Nein“ zu einem biologischen Beschleunigungssensor?
@Andrea Dein Stuhl drückt auf deine Hose und deine Hose allein. Deine Hose drückt auf deinen Po, was du als Druck spürst. Ihr Hintern drückt auf Ihre miteinander verbundenen starren Strukturen aus Skelett, Sehnen und Knorpel usw. Diese beschleunigen sich, wodurch sich Ihre Flüssigkeiten in der Richtung ansammeln, die der Beschleunigung durch Impuls entgegengesetzt ist. Diese Ansammlung von Flüssigkeiten gibt Ihnen Ihr Orientierungs-/Beschleunigungsgefühl im Kopf.
Beachten Sie, dass die Methode des Schiebens durch Ihren Stuhl die elektrische Kraft zwischen den Elektronen der Materie ist, aus der Ihre Hose und Ihr Stuhl bestehen, die nur über Entfernungen von Bedeutung ist, bei denen der Atomradius nicht sehr viel kleiner ist als der Abstand zwischen Atomen. Es folgt eine Kette von Kräften, Molekül drückt auf Molekül, was zu einer Kompression des gestützten Weichgewebes, einer Dehnung des nicht gestützten Weichgewebes und dem Absinken von Flüssigkeiten in der der Beschleunigung entgegengesetzten Richtung führt.
Bemerkenswert ist, dass das Dehnen und Komprimieren und Bündeln stattfindet, wenn sich die Beschleunigung ändert . Sobald alles aufgehört hat, seine Form zu ändern, wird die Beschleunigung konstant und gleichförmig, behält aber ihre geänderte Form, solange die Beschleunigung beibehalten wird.
@Andrea Ich denke, es ist nicht so, dass "der gesamte" Körper mit der gleichen Geschwindigkeit beschleunigt wird, wenn Sie auf einem Stuhl sitzen
Ich stimme allem, was Sie sagen, vollkommen zu. Das Nettoergebnis ist immer noch, dass jeder Teil von mir im Vergleich zu einem Beobachter des freien Falls gleich schnell beschleunigt wird und ich sagen kann, dass ich beschleunigt werde.
Der einzige Grund, warum Sie beim Sitzen auf einem Stuhl eine Kraft „fühlen“ können, ist, dass der Stuhl eine Kraft auf Ihren Körper ausübt. Ihre Haut und Nerven können diese Kraft spüren. Aber wenn Sie sich im freien Fall und mit verbundenen Augen befinden, haben Sie keine Möglichkeit zu "fühlen", ob Sie auf den Planeten Erde fallen (natürlich vorausgesetzt, Sie sind hoch genug, um keine Windeffekte oder Luftwiderstand zu haben, die dies verraten würden) oder du schwebst in der Leere des intergalaktischen Raums.
Woher weiß ich, welche der Bedingungen in der ursprünglichen Frage „1“, welche „2“, welche „a“ und welche „b“ ist?
@user9343456 bist du jemals Achterbahn oder Aufzug gefahren und hast gespürt, wie sich dein Magen dreht? Das ist Ihr Magen, der mit einer anderen Geschwindigkeit beschleunigt als der Rest Ihres Körpers.
@Andrea Sie sprechen von einem stationären Zustand, aber die Frage betrifft das System in dem Moment, in dem die Kraft ausgeübt wird. Wenn Sie fallen und dann auf einem Stuhl landen, ist die Beschleunigung verschiedener Körperteile nicht gleichmäßig.
Ich bin geneigt, Andrea hier zuzustimmen; Sie können die Beschleunigung feststellen, solange das Verhältnis von äußerer Kraft zu Masse unterschiedlich ist. Wie stark das Teil tatsächlich beschleunigt, ist nicht relevant.
Ich denke nicht, dass es viel Sinn macht, "gleichmäßig beschleunigt" als "beschleunigte Ungleichmäßigkeit zu definieren, bis innere Kräfte zu einer gleichmäßigen Beschleunigung führen", aber ich bin nicht der Definitionschef, also nehme ich an, dass Sie Recht haben, wenn dies die Definition ist du Möchte benutzen.
@Andrea Dies ist ein häufiger Fehler, den einige Lehrer denken. Wenn Sie in Ruhe sitzen, bedeutet dies, dass sich Ihre Geschwindigkeit nicht ändert und Sie daher per Definition nicht beschleunigt werden. Das zweite Newtonsche Gesetz gilt nicht für einzelne Kräfte. Sie gilt für die Nettokraft , die auf einen Körper wirkt, der in diesem Fall ist 0 . Um eine Beschleunigung zu haben, müssen Sie eine Änderung in Ihrer Geschwindigkeit haben. G gilt nur für den freien Fall in Erdnähe. Was Sie spüren, ist die Elastizität Ihres Körpers. Einem unendlich starr sitzenden Menschen würde keine Beschleunigung auffallen.

Nein. Da jedes Teilchen in Ihrem Körper gleich schnell beschleunigt, gibt es keine Kräfte zwischen ihnen und keine Kompression oder Spannung. Dies ist identisch mit dem freien Fall in einem Gravitationsfeld. Ein Astronaut im Orbit beispielsweise ist ständig von der Schwerkraft betroffen, „fühlt“ aber nichts, weil er sich im freien Fall befindet. Eine halbe Umlaufbahn später beschleunigt der Astronaut genau in die entgegengesetzte Richtung , aber es fühlt sich nicht anders an. Zu keinem Zeitpunkt kann der Astronaut feststellen, dass er sich in einer Hälfte der Umlaufbahn gegenüber der anderen befindet oder einfach im Weltraum weit entfernt von jeglicher Masse und überhaupt nicht im Orbit schwebt. In allen Fällen werden sie einfach durch das lokale Gravitationsfeld beschleunigt, was sich immer gleich anfühlt – wie gar keine Beschleunigung.

Der Mensch spürt nur die eigentliche Beschleunigung, die vom lokalen Gravitationsfeld abweicht. Menschen spüren keine Koordinatenbeschleunigung, die eine Beschleunigung in Bezug auf einen festen Punkt ist (und basierend auf dem festen Punkt variiert). Ihre unsichtbare Kraft wirkt auf jedes Teilchen in Ihrem Körper genau so, wie es ein Gravitationsfeld tun würde. Da Sie im freien Fall die Beschleunigung aufgrund eines Gravitationsfeldes nicht spüren können, können Sie die Beschleunigung aufgrund dieser Kraft nicht spüren, die genau so wirkt.

Siehe auch: Würde ein Astronaut während eines Manövers zur Unterstützung der Schwerkraft eine Kraft erfahren?

Dies setzt voraus, dass das OP in Bezug auf die Schwerkraft war. Angenommen, eine Person befindet sich in einer eisernen Raumkapsel und eine Kraft (z. B. ein Magnetfeld) beginnt plötzlich, gleichmäßig auf den gesamten Körper zu wirken. Im Innenohr der Person und an anderen Stellen, die einer Trägheit unterliegen, befindet sich noch Flüssigkeit und wird die Beschleunigung erfassen.
@trpt4him die Flüssigkeit im Innenohr ist Teil des 'ganzen Körpers' ... also wirst du mit dem ganzen Körper beschleunigen und daher nicht von einem normalen Ruhezustand zu unterscheiden sein.
Aber der Magnetismus wirkt nur auf das Schiff, und das Schiff schiebt mich in meinem Sitz nach vorne; Somit würde die Flüssigkeit in meinem Ohr nicht durch den Magnetismus beeinflusst. In dieser Situation würde ich definitiv die Beschleunigung spüren.
@trpt4him Sie beschreiben den alltäglichen Fall des Abfeuerns von Triebwerken in einer Rakete oder des Bremsens / Beschleunigens in einem Auto - wenn nur das Fahrzeug selbst beschleunigt, spüren Sie die Beschleunigung, weil die äußere Kraft nur dort ausgeübt wird, wo Sie tatsächlich mit dem in Kontakt sind Fahrzeug (normalerweise Ihr Sitzplatz). Sie werden es nicht spüren, wenn es tatsächlich eine gleichmäßige Beschleunigung in jedem Teil Ihres Körpers (einschließlich Ihrer Flüssigkeiten) hervorruft, was genau das OP beschreibt - es ist im Grunde eine Gravitationskraft.

Ja. Wenn Sie nach dem Äquivalenzprinzip in Bezug auf ein örtlich träges Bezugssystem beschleunigen, können Sie die Auswirkungen der Beschleunigung nicht von einem Gravitationsfeld unterscheiden. Sie werden also effektiv eine in Beschleunigungsrichtung wirkende Gravitationskraft spüren, deren Größe proportional zur Größe der Beschleunigung ist.

Hinweis wegen Diskussion in den Kommentaren hinzugefügt.

In der Frage steckt ein Widerspruch. Wenn Sie wirklich im leeren Raum isoliert sind, können Sie aufgrund des ersten Newtonschen Gesetzes nicht beschleunigen (Sie müssen sich in einem lokalen Trägheitsreferenzrahmen befinden). Es gibt also zwei Strategien, um diese Frage zu beantworten:

(a) auf den Widerspruch hinweisen und es dabei belassen (was eine ziemlich langweilige Antwort ist), oder

(b) nehmen Sie an, dass Sie beschleunigen, nehmen Sie dann aber auch an, dass etwas die Beschleunigung verursacht.

Ich nehme in meiner Antwort Ansatz (b) (obwohl ich durch Hinzufügen dieser Anmerkung auch Punkt (a) angesprochen habe).

Ein weiterer wichtiger Punkt, der in den Kommentaren auftauchte, ist, dass ein lokal inertialer Rahmen auch ein frei fallender Rahmen ist. (Hier arbeite ich im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie, der derzeit genauesten Beschreibung der Gravitation). Ein frei fallender Beobachter beschleunigt also nicht relativ zu einem lokalen Trägheitssystem und erfährt keine Kraft.

Ich glaube, mir fehlt etwas - nach dem gleichen Prinzip befindet sich das Objekt effektiv im freien Fall, was nicht von einem Trägheitsrahmen zu unterscheiden ist
Ich habe die gleichen Zweifel wie @RyanCavanaugh. Einer der Gründe für meine Verwirrung ist außerdem, dass ich mir einbilde, in einem völlig leeren Raum zu sein. Jedes einzelne Teilchen in meinem Körper beschleunigt mit der gleichen Geschwindigkeit – es gibt also keine Spannungsquelle (jegliche Art von Druck oder Zug) zwischen verschiedenen Teilen meines Körpers. Ich bestreite Ihre Antwort nicht, sondern versuche nur, meine Zweifel auszuräumen
@Andrew "Sie werden die Auswirkungen der Beschleunigung nicht von einem Gravitationsfeld unterscheiden können" ja, das stimmt, aber für eine Person im freien Fall, dh sie würde nicht wirklich etwas spüren
@RyanCavanaugh Es gibt einen großen Unterschied zwischen dem freien Fall (nach einer Geodäte) und einem beschleunigten Weg in der Raumzeit (Rindler-Beobachter). Mit „nicht in der Lage sein, die Auswirkungen der Beschleunigung von einem Gravitationsfeld zu unterscheiden“, meint Andrew die Beschleunigung, die man auf dem Gravitationskörper spürt, so wie man sich auf der Erde nach oben beschleunigt fühlt, wie in einem Aufzug.
OK, was ist ein Experiment, das mir sagt, ob ich im freien Raum schwebe oder mich im freien Fall beschleunige?
@JohnHunter Eine Person im freien Fall wird in ihrer eigenen Referenz nicht beschleunigt. Unter Erdbeschleunigung versteht man die Beschleunigung, die man aufbringen muss, um dem „freien Fall“ entgegenzuwirken.
@RyanCavanaugh jemand im freien Fall beschleunigt nicht.
Wenn ein Fallschirmspringer aus einem Flugzeug springt und seine Geschwindigkeit auf 9,8 m/s^2 erhöht, was passiert da?
@RyanCavanaugh Es gibt einen Unterschied zwischen jemandem zu sehen, der mit 9,8 m / s ^ 2 beschleunigt wird, und sich im freien Fall zu befinden. Wenn ich sage, dass man im freien Fall nicht beschleunigt, meine ich, dass sich die Person in ihrer eigenen Referenz nicht beschleunigt fühlt, weil einer Geodäte gefolgt wird. „Ich schwebe im freien Raum“ ist aus Sicht der Person im freien Raum.
Sie werden diese Kraft nicht von einer Gravitationskraft unterscheiden können, das stimmt. Aber Sie können auch im freien Fall keine Gravitationskraft "fühlen" - Astronauten im Orbit spüren nicht, wie sich die Ausrichtung ihres Beschleunigungsvektors ständig ändert. Sie können diese Kraft nicht von der Schwerkraft unterscheiden, und Sie können die Schwerkraft im freien Fall nicht spüren, also können Sie diese Kraft auch nicht spüren.
@NuclearHoagie Ihr Kommentar scheint sich auf ein Szenario zu beziehen, in dem eine Person zu beschleunigen begann, ohne dass eine äußere Kraft die Beschleunigung verursachte, was im Widerspruch zu den Gesetzen der Physik steht. Wenn Sie sich in einer physikalischen Situation nicht in einem lokalen Trägheitsbezugsrahmen befinden, gibt es etwas, das Sie beschleunigt, und dies führt zu einem Effekt, den Sie als Gravitationskraft erleben werden, als ob Sie auf einem Planeten stünden. Die Details der Sache, die die Beschleunigung verursacht, spielen keine Rolle – wenn es irgendwelche magischen unsichtbaren Fäden sind, die alle Atome in Ihrem Körper gleichzeitig ziehen, dann soll es so sein.
@RyanCavanaugh Der entscheidende Punkt ist, dass Sie in einem lokalen Trägheitsreferenzrahmen keine Gravitationskraft spüren . Wenn man den Luftwiderstand außer Acht lässt, befindet sich ein Fallschirmspringer tatsächlich in einem lokal trägen Bezugsrahmen. Wir, die wir auf der Erdoberfläche stehen, befinden uns nicht in einem lokalen Trägheitsbezugssystem, weil wir uns nicht im freien Fall befinden, also spüren wir eine Gravitationskraft.
@ user9343456 In Ihrer Frage ist ein Widerspruch enthalten. Wenn Sie wirklich im leeren Raum isoliert sind, können Sie aufgrund des ersten Newtonschen Gesetzes nicht beschleunigen (Sie müssen sich in einem lokalen Trägheitsreferenzrahmen befinden). Es gibt also zwei Ansätze, um diese Frage zu beantworten: (a) Weisen Sie auf den Widerspruch hin und belassen Sie es dabei (was eine ziemlich langweilige Antwort ist), oder (b) nehmen Sie an, dass Sie beschleunigen, nehmen Sie dann aber auch an, dass etwas die Beschleunigung verursacht . Ich nehme Kurs (b). Ich werde der Antwort eine Notiz hinzufügen.
@Andrew Die äußere Kraft ist die Schwerkraft oder zumindest etwas, das nicht davon zu unterscheiden ist. Die vom OP beschriebene Kraft könnte genauso gut die Schwerkraft sein - wie Sie betonen, gibt es keine Möglichkeit zu sagen, dass diese Kraft keine Schwerkraft ist . Durch die Schwerkraft allein fühlt es sich nicht an, als ob Sie auf einem Planeten stünden. Sie müssen den Planeten zurückdrücken, um Gewicht zu erfahren. Sie werden eine Gravitationskraft spüren, als ob Sie im Orbit wären, was sich einfach wie Null-G anfühlt.
@NuclearHoagie Die Schwerkraft ist aufgrund ihres Ursprungs in der Krümmung der Raumzeit nicht auf der gleichen Grundlage wie andere Kräfte. Ein lokal inertialer Rahmen ist auch ein frei fallender Rahmen. Ein frei fallender Beobachter beschleunigt nicht in Bezug auf ein lokal inertiales System.
Sie würden also vorhersagen, dass ein Objekt, das aus anderen Gründen (z. B. elektrostatische Anziehung) einer gleichmäßigen Beschleunigung ausgesetzt ist, sich nicht in einem Trägheitsrahmen befindet. Das ist eine überprüfbare Hypothese – wie würde jemand feststellen, dass er sich in diesem Zustand befindet?
@RyanCavanaugh Richtig. Wenn Sie zum Beispiel eine elektrisch geladene Aufzugskabine hätten, die aufgrund elektrostatischer Anziehung beschleunigt wird, und innerhalb der Aufzugskabine einen Laser senkrecht zur Richtung der Beschleunigung gerichtet hätten, würden Sie feststellen, dass der Laserstrahl relativ zur erwarteten Flugbahn abgelenkt würde wenn der Aufzug nicht beschleunigt.
Gute Antwort. Ich denke, wir brauchen OP, um zu klären, ob "jedes einzelne Teilchen" Photonen enthält!
@RyanCavanaugh Ehrlich gesagt würde ich nur sagen, dass die Prämisse des OP fehlerhaft ist (wie ich im Teil "Anmerkung hinzugefügt" meiner Antwort erwähnt habe), aber die zugrunde liegende Frage ist immer noch interessant.

Nein. Betrachten wir den Fall, in dem Sie im freien Raum schweben und plötzlich ein großer Mond in Ihrer Nähe auftaucht, auf den Sie aufgrund der Schwerkraft zu beschleunigen beginnen.

Bevor der Mond erscheint, befinden Sie sich offensichtlich in einem Inertialsystem.

Nachdem der Mond erscheint, befinden Sie sich im freien Fall auf ihn zu, was ebenfalls ein Trägheitsrahmen ist. Siehe Äquivalenzprinzip :

Objekte im freien Fall erfahren keine Beschleunigung nach unten (z. B. in Richtung der Erde oder eines anderen massiven Körpers), sondern Schwerelosigkeit und keine Beschleunigung

Zwei beliebige Trägheitsrahmen werden gleichwertig erfahren; Sie konnten den Übergang von einem zum anderen nicht unterscheiden.

Was genau „konstante Beschleunigung“ in der Relativitätstheorie ist, ist etwas komplizierter, als es zunächst scheinen mag. Wenn Ihre Geschwindigkeitsänderung pro Zeiteinheit relativ zu einem festen Bezugssystem konstant ist, überschreiten Sie irgendwann die Lichtgeschwindigkeit. Langfristig ist diese Art der Beschleunigung also physikalisch unmöglich, kurzfristig aber möglich. Wenn Sie jedoch mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zu einem festen Referenzrahmen beschleunigen, wird Ihre Beschleunigung in Ihrem Referenzrahmen zunehmen, da sich Ihre Zeit relativ zu diesem Referenzrahmen verlangsamt.

Wir können auch ein Objekt betrachten, das eine konstante Eigenbeschleunigung erfährt ; das heißt, die Beschleunigung relativ zu ihrem momentanen Bezugssystem ist konstant. Dies kann durch Rindler-Koordinaten charakterisiert werden, aber in Rindler-Koordinaten muss ein Objekt endlicher Länge an verschiedenen Punkten unterschiedliche Beschleunigungen haben.

Das ist eine sehr interessante Antwort, obwohl ich fürchte, dass ich nicht über fortgeschrittene Kenntnisse verfüge, um das meiste davon zu verstehen. "Ihre Beschleunigung wird in Ihrem Referenzrahmen zunehmen" klingt kontraintuitiv. Und warum ist der letzte Satz wahr?

Sie sind über den Unterschied zwischen Körperkräften und Oberflächenkräften gestolpert . Körperkräfte wirken direkt auf den gesamten Körper eines Objekts, während Oberflächenkräfte direkt nur auf die Oberfläche eines Objekts wirken. Wenn Sie auf einem Stuhl sitzen, ist die direkte Kraft, die Sie spüren, der Stuhl, der gegen Ihr Gesäß drückt. Sie spüren den Stuhl nicht im ganzen Körper, da er nur oberflächlich wirkt. Die Schwerkraft ist jedoch eine Körperkraft. Im Alltag spürt man es nicht direkt, da es fast* gleichmäßig auf den ganzen Körper wirkt. Sie können spüren, wie die Flüssigkeit in Ihrem Innenohr umherfließt oder Ihre Füße auf den Boden drücken, aber Sie können die Schwerkraft selbst nicht wirklich spüren.

*Es gibt Gezeitenkräfte, die durch die schwächere Schwerkraft höher oben verursacht werden, aber auf der Erde sind diese um viele Größenordnungen zu klein, um sie zu fühlen.

Wenn ich im Weltraum bin und plötzlich beginne zu beschleunigen, werde ich es fühlen?
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