Wie rationalisiert ein Beobachter außerhalb eines sich beschleunigenden Körpers die Auswirkungen von Pseudokraft?

Doch wie begründet eine Person außerhalb des Autos dieses Phänomen?

Wenn das Auto anfänglich beschleunigt, sieht die Person außerhalb des Nicht-Trägheitsrahmens des Autos, dass das Pendel-Bob "an Ort und Stelle bleibt", während das Auto vorwärts beschleunigt, dh das Bob beschleunigt nicht mit dem Auto. Die Person erklärt es als Folge der Trägheit des Bobs als Folge von Newtons erstem Gesetz, nämlich dass ein Körper in Ruhe dazu neigt, in Ruhe zu bleiben, wenn nicht eine äußere Nettokraft auf ihn einwirkt.

Die Person im Auto kann die anfängliche Rückwärtsbeschleunigung basierend auf Newtons zweitem Gesetz nur so erklären, dass sie auf eine Kraft zurückzuführen ist, die auf den Bob wirkt, dieselbe Kraft, die die Person beim Beschleunigen gegen den Sitz drückt. Da keine Kontaktkraft auf den Bob wirkt oder die Person nach hinten gegen den Sitz drückt, handelt es sich um eine Pseudo- oder fiktive Kraft.

Sobald das Auto beschleunigt und seine Beschleunigung beibehält, bleibt der Bob in irgendeiner Rückwärtsposition an Ort und Stelle und erfährt aufgrund der Spannung in der Bobschnur zusammen mit dem Auto tatsächlich eine echte Beschleunigung.

„Wenn das Auto anfangs beschleunigt, sieht die Person außerhalb des nicht inertialen Rahmens des Autos das Pendel-Bob als „an Ort und Stelle bleibend“, während das Auto vorwärts beschleunigt, dh das Bob beschleunigt nicht mit dem Auto.“ Stimmt die Luft nicht Moleküle im Inneren des Autos, die herumhüpfen, haben einen Einfluss auf die Bewegung des Bob? Ich meine, wäre das Ergebnis dasselbe, selbst wenn wir dies in einem Raumschiff im Vakuum tun würden?

Wenn der Bob aufgrund der Luft in Bewegung wäre, würde dies bedeuten, dass er durch Kontaktkräfte mit den Luftmolekülen beeinflusst wird. Denken Sie daran, dass Newtons 1. Gesetz besagt, dass ein Objekt in Ruhe dazu neigt, in Ruhe zu bleiben, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft darauf eingewirkt . Wenn die Bewegung des Bobs auf den Kontakt mit Luftmolekülen zurückzuführen wäre, würde dies eine solche äußere Kraft darstellen. Natürlich wäre im Vakuum des Weltraums kein Kontakt mit Luftmolekülen beteiligt.

Ich denke, die Verwirrung, die ich habe, ist der Teil über das Pendel, das an Ort und Stelle bleibt, selbst wenn das Auto anfängt, sich zu bewegen. Es ist, als ob wir deutlich den Winkel sehen können, den das Pendelseil mit der Änderung der vertikalen Achse macht. Die Konfiguration des Systems ändert sich also eindeutig, aber wir sagen, dass das Pendel an Ort und Stelle bleibt

Der Pendelkörper bleibt ohne äußere Horizontalkraft zunächst nur horizontal im Fahrbahnrahmen stehen. Aber wenn die horizontale Komponente der Saitenspannung zunimmt, bewegt sich der Bob mit dem Auto.

Die folgenden Diagramme können helfen, zu visualisieren, was passiert. Das erste Bild zeigt das am Autodach befestigte Pendel aus der Perspektive eines Beobachters im Inertialsystem (der Straße). Wir gehen davon aus, dass kein Luftwiderstand auftritt. Es wirken also zunächst keine äußeren Horizontalkräfte auf den Bob.

Die Figuren AC des zweiten Diagramms zeigen den Fortgang der Bewegung des Autos/Pendels, wie er von einem Beobachter auf der Straße gesehen wird (der nicht beschleunigende Rahmen). Die Beschleunigung beginnt bei Abb. A.

In Abb. B hat sich die Auto-/Pendelbasis in x-Richtung bewegt. Der Bob neigt aufgrund seiner Trägheit dazu, horizontal an Ort und Stelle zu bleiben, mit nur einer geringfügigen Verschiebung (weniger als das Auto / die Basis) in der x-Richtung aufgrund einer kleinen horizontalen Komponente der Spannung in der Saite.

In Abb. C wird der Bob durch die Kraft in der Sehne zunehmend in x-Richtung von der Sehne gezogen. Schließlich wird der Pendelwinkel abhängig von der Beschleunigung des Autos einen Maximalwert erreichen, und die horizontale Geschwindigkeit des Bobs wird die gleiche sein wie die des Autos.

Hoffe das hilft.

Ich denke, die beste Antwort hier ist, dass es aus der Perspektive des Trägheitsbeobachters einfach nichts zu erklären gibt, solange Sie die Newtonschen Gesetze akzeptiert haben. Der Pendelkörper tut genau das, was Newtons erstes Gesetz vorhersagt: Er behält seinen Schwung bei, wenn keine Kräfte auf ihn einwirken.

Der Erklärungsbedarf ergibt sich nur für den nicht-trägen Beobachter, der eine Verletzung des Newtonschen 2. Gesetzes darin sieht, dass er den Bob beschleunigen sieht, aber keinen Zwang hat, dies zu erklären. Er hat also zwei Möglichkeiten: Entweder erfindet er eine Kraft, um die Beschleunigung zu erklären, oder er postuliert, dass sein Bezugssystem selbst beschleunigt. Dies ist analog dazu, wie Einstein unser Verständnis der Schwerkraft revolutioniert hat.

Die Person außerhalb des Autos kann das Verhalten des Pendels genauso verstehen wie die Person im Inneren. Jeder Referenzrahmen kann verwendet werden, um jedes Problem zu lösen, also sollten Sie denjenigen auswählen, der das Problem am einfachsten macht. Sie sind nicht verpflichtet, einen Rahmen auszuwählen, in dem Sie sich ausruhen. Wenn die Leute es tun, dann nur, weil das das Problem einfacher macht – und das wird es hier sicherlich nicht, da die Leute nichts mit der Problemstellung zu tun haben.

Ich denke, dass die Modellierung des Verhaltens des Pendels bei diesem Problem, wenn Sie ziemlich genau sein und Schwingungen und möglicherweise Dämpfung einbeziehen möchten, im Beschleunigungsrahmen viel einfacher ist, zumindest wenn die Beschleunigung gleichmäßig ist. Sie können die Summe der Gravitationsbeschleunigung und der fiktiven Beschleunigung als Ihre effektive Gravitationsbeschleunigung nehmen und sie in Standard-Pendelformeln einsetzen. Die Beschreibung in Bezug auf das Inertialsystem, wie auch immer Sie es ableiten, wird eine Koordinatentransformation der einfacheren Beschreibung in Bezug auf das Beschleunigungssystem sein.

Wenn Sie eine qualitative Beschreibung in Bezug auf das Inertialsystem wünschen und Details der Bewegung vernachlässigen, können Sie die Antwort von Bob D lesen. Mir ist klar, dass dies eine Nicht-Antwort ist, aber ich habe das Gefühl, dass es die richtige Antwort auf Wortprobleme wie diese ist, die, wie sie formuliert sind, auf einem Missverständnis beruhen. Das Letzte, was die Welt im Moment braucht, ist die Vorstellung, dass verschiedene Menschen in privaten Universen leben und nichts aus der Sicht anderer verstehen können. Ich kann Ihnen sagen, dass das in der Physik zu 100% falsch ist. Sie können die Bänder des Jupiter in Bezug auf die Coriolis-Kraft verstehen, auch wenn Sie nicht auf Jupiter sind, und Sie sollten es wahrscheinlich tun.