Woran erkennt man, dass sie beschleunigen?

In der Newtonschen Mechanik folgen alle Trägheitsbezugssystem den gleichen physikalischen Gesetzen. Warum bricht das zur Beschleunigung zusammen? In einer Rakete spüren Sie Beschleunigung, weil die Rakete beschleunigt, aber alles im Inneren auf der gleichen Geschwindigkeit bleibt, sodass es so aussieht, als würde eine Kraft sie zurückdrücken.

Aber wenn alles in der Rakete gleich beschleunigt wird, sagen wir, weil die Rakete einschließlich des gesamten Inneren aufgeladen ist, so dass die Rakete auf nichts drückt und auf eine viel größere entgegengesetzte Ladung beschleunigt, wie können Sie das sagen? Wenn Sie wieder beschleunigen, sieht es so aus, als würde die Erde von Ihnen weg beschleunigen

Gibt es eine mathematische Möglichkeit, aus beiden Referenzrahmen zu zeigen, dass es so aussehen wird, als wären Sie derjenige, der beschleunigt wird? Wie würde der Pfad der konstanten Beschleunigung aussehen, wenn die Lichtgeschwindigkeit konstant ist? Und gibt es eine Lorentz-Transformation für die Beschleunigung oder sogar eine allgemeine Lorentz-Transformation für eine kompliziertere Bewegung?

Sie verwenden einen Beschleunigungsmesser
Eigentlich fragst du nach dem freien Fall. Dort wird jedes Teilchen beschleunigt, und ja, man spürt es nicht. Nur wenn die Beschleunigung nicht homogen ist und z. B. zu Gezeitenkräften führt.
" Woran erkennt man, dass sie... " - Sprechen sie beim Beschleunigen miteinander?
Ihre Frage hat nichts mit der speziellen Relativitätstheorie zu tun, sie gilt auch für die Newtonsche Physik. Sie müssen verstehen, was Beschleunigung ist, nicht Relativität!
Ihre neue Bearbeitung macht Ihre Frage zu weit gefasst. Bitte beschränken Sie Ihren Beitrag auf eine fokussierte Frage.
. . . und Sie betrachten dies immer noch als ein Relativitätsproblem. Einsteins Gleichungen werden dir_nicht_ helfen !!!! Sie müssen zu den Grundlagen zurückkehren.
Ich habe das auf Revision 5 zurückgesetzt. Kleine Schritte, hu huu. Sie müssen die Beschleunigung aus dem Kontext der Newtonschen Mechanik und der speziellen Relativitätstheorie verstehen, bevor Sie sich mit der allgemeinen Relativitätstheorie befassen.
@DavidHammen Das ist ein guter Vorschlag, aber Sie sollten keine Änderungen vornehmen, die der Absicht des OP widersprechen (selbst wenn Sie auf eine frühere Version zurücksetzen). Bitte machen Sie Ihren Vorschlag und lassen Sie das OP entsprechend folgen. Wenn das OP nicht zustimmt und Sie der Meinung sind, dass die Frage immer noch schlecht ist, würde eine Ablehnung dieses Gefühl ausreichend ausdrücken.
So wie sie ist, sollte die Frage als "zu weit" geschlossen werden - und die Beantwortung dieser zu weit gefassten Frage wird dem Verständnis des OP nicht helfen. Wenn Sie die Frage auf Revision 5 belassen, wird sie zu einer fokussierteren Frage, und eine Antwort kann dem OP vielleicht helfen. Da es jedoch das OP war, das die Frage mit Revision 6 zu weit gefasst hat, bleiben als einzige Alternative Downvotes und Votes zum Schließen.
@DavidHammen Ist diese Bearbeitung immer noch zu weit gefasst? Ich möchte nur wissen, ob es eine Lorentz-Transformation für kompliziertere Bewegungen gibt und ob diese Referenzrahmen den Gesetzen der Physik gehorchen, wenn alles gleich beschleunigt wird.
@DavidHammen Dem stimme ich voll und ganz zu. Aber es ist nicht Ihre Frage, also sollten solche drastischen Änderungen nicht von Ihnen vorgenommen werden, auch wenn es die Frage besser macht.

Antworten (6)

Sie haben Recht - wenn jedes einzelne Teilchen, auf das Sie Zugriff haben, genau die gleiche Beschleunigung erfährt, haben Sie selbst im Prinzip keine Möglichkeit zu erkennen, dass Sie beschleunigen. In der Praxis sind Gravitationsfelder die einzige Möglichkeit, dies zu arrangieren.

Jedes Mal, wenn Sie buchstäblich eine Beschleunigung spüren, liegt das daran, dass verschiedene Teile Ihres Körpers leicht unterschiedliche momentane Beschleunigungen erfahren, sodass Ihr Körper innere Kräfte erfährt.

Wie kann man sagen, dass sie beschleunigen

Lassen Sie einen Ball fallen [oder wie @Dale sagte, verwenden Sie einen Beschleunigungsmesser ... einen Ball auf einer Feder oder einem Satz Federn].

(Wie @m4r35n357 kommentierte, handelt es sich bei diesem Problem in erster Linie um eine Frage zum [galiläischen] Relativitätsprinzip ... die wenig mit speziellen relativistischen Merkmalen zu tun hat.)

Hier sind einige Frames (überlagert) aus dem Video
Frames of Reference von Ivey und Hume
https://archive.org/details/frames_of_reference

(Sie können es wahrscheinlich auf YouTube finden [mit etwas anderen Zeitstempeln]. Diese archive.org-URL sollte jedoch dauerhafter sein als YouTube.)

Trägheit

Bei t=4m22s ist dies ein Ball, der von einem Karren fällt, der im Inertial-Lab-Rahmen ruht.
Beim Loslassen wirkt keine horizontale Kraft auf den Ball, daher hat er im Labor eine konstante horizontale Geschwindigkeit.
Es landet am Fuß des Ständers.IveyHume-InertialAtRest-gesehenInLab

Bei t = 5m25s ist dies ein Ball, der von einem Karren in gleichförmiger Bewegung im Inertial-Lab-Koordinatensystem fallen gelassen wird.
Beim Loslassen wirkt keine horizontale Kraft auf den Ball, daher hat er eine konstante horizontale Geschwindigkeit.
Es landet am Fuß des Ständers ... genau so, als wäre es in Ruhe und Trägheit.IveyHume-InertialInMotion-gesehenInLab

Beschleunigt

Bei t=14m06s ist dies ein Ball, der von einem Karren in beschleunigter Bewegung im Trägheits-Lab-Rahmen fallen gelassen wird, vom Labor aus gesehen.
Beim Loslassen wirkt keine horizontale Kraft auf den Ball, daher hat er eine konstante horizontale Geschwindigkeit.
Er landet hinter dem Sockel des Ständers [da der Wagen aufgrund seiner Beschleunigung beschleunigt hat].IveyHume-Accelerated-viewedInLab

Bei t=14m33s ist dies ein Ball, der von einem Karren in beschleunigter Bewegung im Trägheits-Lab-Rahmen fallen gelassen wird, betrachtet vom Nicht-Trägheits-Karren-Rahmen.
Beim Loslassen wirkt keine horizontale Kraft auf den Ball im Trägheits-Lab-Rahmen, daher hat er im Trägheits-Lab-Rahmen eine konstante horizontale Geschwindigkeit.
Es landet hinter dem Standfuß.IveyHume-Accelerated-viewedInCart

Der beschleunigte Beobachter kann also sagen, dass er oder sie beschleunigt, weil der Ball nicht auf der Basis gelandet ist, wie dies für einen Trägheitsbeobachter (ob in Ruhe oder in Bewegung) der Fall wäre.

Ein beschleunigter Beobachter [eingepackt in seinen oder ihren Rahmen] wäre nicht in der Lage, die gleichen Gesetze der Physik zu verwenden, die von einem Trägheitsbeobachter niedergeschrieben wurden, um die Situation zu beschreiben. Es müsste eine „fiktive“ Kraft eingefügt werden, um das Ergebnis zu „erklären“.

Aus OP,

Aber wenn alles in der Rakete gleich beschleunigt wird,

Ich würde sagen, dass dieses Experiment zeigt, dass nicht alles gleich beschleunigt wird. Wenn Sie die Verwendung dieses oder ähnlicher Experimente leugnen (d. h. sich dafür entscheiden, etwas nicht anzusehen), dann [scheint mir] Ihre Frage wirklich zu lauten: "Was kann ich aus einer unvollständigen Reihe von Experimenten schließen?".

Aber was ist mit dem freien Fall?

Betrachten Sie ein banaleres Beispiel: Sie sitzen in einem Auto auf dem Beifahrersitz. Der Fahrer tritt aufs Gaspedal und das Auto beschleunigt. Sie beschleunigen auch, aber das liegt daran, dass eine Kraft auf Sie einwirkt. F = m ein. Welche Kraft? Sie fühlen sich in die Rückenlehne Ihres Sitzes gedrückt, weil die Rückenlehne Ihres Sitzes eine Kraft auf Ihren Körper ausübt, die gerade ausreicht, um Ihnen die gleiche Beschleunigung wie das Auto zu geben. Wenn Sie möchten, können Sie eine Personenwaage zwischen sich und den Sitz stellen und die Kraft in Pfund ablesen.

Aber was ist, wenn Sie genauso beschleunigt werden wie das Auto, sodass Sie keine Kraft spüren, die Sie in das Auto drückt? Wenn jedes Teilchen gleich schnell beschleunigt würde.
Wenn Sie beschleunigen, wirkt eine Kraft auf Sie. Kein Weg daran vorbei. Das Auto beschleunigt aufgrund der Kraft zwischen Straße und Reifen. Sie beschleunigen, weil Sie Kontakt mit dem Auto haben und von der Rückenlehne Ihres Sitzes geschoben werden. Wenn Sie mit Rollschuhen oben auf dem Auto stehen würden, würde das Auto keine Kraft auf Sie ausüben und von Ihnen weg beschleunigen.
@DavidKeith Wenn Sie von einer Klippe fahren, beschleunigt die Schwerkraft Sie und Ihr Auto gleichermaßen, zumindest solange der Luftwiderstand vernachlässigbar ist.
Sie können jedoch nicht zwischen Beschleunigung und einem Gravitationsfeld unterscheiden

Tatsächlich brechen Relativitätspostulate nicht mit Beschleunigung zusammen. Während Sie sich in einer Beschleunigungskapsel befinden, können Sie keinen Test durchführen, der Ihnen sagt, dass es Beschleunigung ist und nicht die Schwerkraft, die Sie gegen die Kapsel drückt. Deshalb sind alle Referenzrahmen gleichermaßen gültig. In Ihrem Bezugsrahmen gibt es keinen endgültigen Beweis dafür, dass Sie nicht durch die Schwerkraft gegen die Kapsel gedrückt werden und alles andere an Ihnen vorbei beschleunigt. Im Fall, dass die Schwerkraft Sie und Ihre Kapsel gleichermaßen beschleunigt, Sie sich also im freien Fall darin befinden, können Sie sich immer noch so sehen, als würden Sie still sitzen, während alles andere an Ihnen vorbei beschleunigt. Es gibt keinen absoluten Bezugsrahmen, alle sind gleichermaßen gültig.

In einem nicht-trägen Bezugssystem gelten die Newtonschen Gesetze nicht mehr. Wenn Sie beispielsweise sehen, dass ein Objekt relativ zu Ihnen beschleunigt, ohne dass eine Kraft darauf einwirkt, wissen Sie, dass Sie sich nicht in einem Trägheitsbezugssystem befinden.

Werfen Sie in Ihrem Beschleunigungsraketenbeispiel einfach einen Ball. Da keine Kräfte mehr auf ihn einwirken, um ihn relativ zu Ihnen in Ruhe zu halten, sieht es so aus, als würde er plötzlich beschleunigen, ohne dass Kräfte auf ihn einwirken. Sie können daraus schließen, dass Sie beschleunigen müssen.

Dies könnte natürlich auch bedeuten, dass Sie sich nur in einem Gravitationsfeld befinden, aber andere Antworten hier haben dies bereits besprochen, daher werde ich hier nicht darauf eingehen.

Die Gravitation ist die einzige Kraft, die auf alle Teilchen gleich wirkt.

Angenommen, Sie wären in einer Rakete, die nicht mit ihren Triebwerken, sondern mit einer Kanone von der Erde aus gestartet wurde, wie in Jules Vernes Von der Erde zum Mond . Nach dem Start würden Sie nach oben rollen. Die Schwerkraft der Erde würde Sie und die Rakete gleichermaßen verlangsamen. Die Rakete würde Sie nicht beschleunigen. Sie würden keine Kraft spüren. Du wärst im freien Fall.

Wenn Sie aus dem Fenster schauten, konnten Sie sehen, wie sich die Erde beschleunigte. Aber wenn Sie dies nicht getan haben, können Sie auf keinen Fall feststellen, dass Sie beschleunigt wurden. Es wäre dasselbe, als ob Sie in einer Rakete weit weg von der Erde wären, ohne dass Schwerkraft oder andere Kräfte auf Sie einwirken. Der freie Fall (in einem gleichförmigen Gravitationsfeld) ist ein Trägheitsbezugssystem.

Wenn Sie sich in einer Rakete befinden und die Triebwerke die Rakete beschleunigen, befinden Sie sich nicht in einem Trägheitsbezugssystem. Die Rakete drückt Sie und lenkt Sie von der Bewegung ab, die Sie in einem Trägheitsbezugssystem hätten. Du spürst diese Kraft.

Das ist sehr ähnlich, als würde man auf der Erdoberfläche stehen. Der Boden lenkt Sie von der frei fallenden Bewegung ab, die Sie in einem Trägheitsrahmen haben würden. Wenn Sie nicht nach draußen geschaut haben, gibt es kein Experiment, mit dem Sie den Unterschied zwischen der Erdbeschleunigung und der Beschleunigung einer Rakete feststellen könnten. Dies wird als Äquivalenzprinzip bezeichnet .

In der speziellen Relativitätstheorie hat eine unbeschleunigte Bewegung in einem Trägheitsbezugssystem eine konstante Geschwindigkeit. Die spezielle Relativitätstheorie berücksichtigt nur den flachen Raum.

Gravitationskurven Raumzeit. Objekte folgen der Geodäte, und die Bewegung ist komplexer als in der speziellen Relativitätstheorie.

Dies beantwortet die Frage nicht. Die Frage bezieht sich eher auf die spezielle Relativitätstheorie als auf die allgemeine Relativitätstheorie.
@DavidHammen - Es schien, als ginge es um eine Situation, in der alles gleich beschleunigt wurde. Das macht es zu einem Gravitationsproblem. Aber was auch immer die Frage ist, ich hoffe, dass einige nützliche Antworten daraus kommen.
Woran erkennt man, dass sie beschleunigen?
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