Wie fiktiv sind fiktive Kräfte?

Nein, sie sind keine wirklichen Kräfte.

Zitat aus meiner Antwort hier

Wann immer wir ein System aus einem beschleunigten Rahmen betrachten, gibt es eine „Pseudokraft“ oder „falsche Kraft“, die auf die Körper zu wirken scheint . Beachten Sie, dass diese Kraft nicht wirklich eine Kraft ist, sondern eher etwas, das zu wirken scheint . Ein mathematischer Trick, wenn man so will.

Nehmen wir einen einfachen Fall. Du beschleunigst mit$\vec{a}$im Weltraum, und Sie sehen eine kleine Kugel herumschweben. Dies ist in einem perfekten Vakuum, ohne elektrische/magnetische/Gravitations-/etc-Felder. Der Ball beschleunigt also nicht.

Aber aus Ihrer Sicht beschleunigt der Ball mit einer Beschleunigung$-\vec{a}$, rückwärts relativ zu Ihnen. Jetzt wissen Sie, dass der Raum frei von Feldern ist, aber Sie sehen, wie das Teilchen beschleunigt. Sie können daraus entweder schließen, dass Sie beschleunigen, oder Sie können entscheiden, dass es eine unbekannte Kraft gibt,$-m\vec{a}$, am Ball agieren. Diese Kraft ist die Pseudokraft. Es ermöglicht uns mathematisch, die Welt aus der Sicht eines beschleunigten Rahmens zu betrachten und Bewegungsgleichungen mit allen Werten relativ zu diesem Rahmen abzuleiten. Oft wird es schwierig, Dinge vom Grundrahmen aus zu lösen, also verwenden wir dies. Aber lassen Sie mich noch einmal betonen, es ist keine wirkliche Kraft .

Und hier :

Die Zentrifugalkraft ist im Grunde die Pseudokraft, die in einem rotierenden Rahmen wirkt. Grundsätzlich hat ein Rahmen, der UCM unterzogen wird, eine Beschleunigung$\frac{mv^2}{r}$Richtung Zentrum. Somit wird ein Beobachter in diesem rotierenden Rahmen eine Pseudokraft spüren$\frac{mv^2}{r}$nach außen. Diese Pseudokraft wird als Zentrifugalkraft bezeichnet.

Anders als die Zentripetalkraft ist die Zentrifugalkraft nicht real. Stellen Sie sich eine Kugel vor, die herumgewirbelt wird. Es hat einen CPF$=\frac{mv^2}{r}$, und diese Kraft ist die Spannung in der Saite. Aber wenn Sie zum Kugelrahmen wechseln (winzig werden und darauf stehen), wird es Ihnen so vorkommen, als ob die Kugel stationär ist (wenn Sie darauf stehen. Der Rest der Welt scheint sich zu drehen). Aber Sie werden etwas daneben bemerken: Auf den Ball wirkt immer noch eine Spannkraft, also wie ist er stabil? Dieses Kräftegleichgewicht führen Sie auf eine mysteriöse „Zentrifugalkraft“ zurück. Wenn Sie Masse haben, spüren Sie auch die CFF (vom Boden aus ist es offensichtlich, dass das, was Sie als CFF fühlen, auf Ihre Trägheit zurückzuführen ist).

Was wirklich passiert, wenn Sie Pseudokräfte „fühlen“, ist Folgendes. Ich nehme das Beispiel des Drehens auf einem Spielplatzrad.

Vom Bodenrahmen aus hat Ihr Körper Trägheit und möchte nicht beschleunigen (Kreisbewegung ist Beschleunigung, wenn sich die Richtung der Geschwindigkeit ändert).

Aber du hältst dich an dem sich drehenden Ding fest, also bist du gezwungen zu beschleunigen. Somit gibt es eine nach innen gerichtete Nettokraft – Zentripetalkraft – eine wahre Kraft, da sie vom „Festhalten“ herrührt. In diesem Rahmen kommt man jedoch nicht voran. Ihr Körper fühlt sich also an, als ob es eine ausgleichende Rückwärtskraft gibt. Und du spürst, wie diese Kraft auf dich wirkt. Es ist wirklich die „Trägheit“ Ihres Körpers, die wirkt.

Ja, die Räder des Turms sind betroffen. Auch dies ist aus der richtigen Perspektive auf Trägheit zurückzuführen, Pseudofokale sind nur eine Möglichkeit, Trägheit leicht zu erklären.

Denken Sie daran, dass Newtons Definition einer Kraft in erster Linie nur in einem Inertialsystem gültig ist. Pseudokräfte machen die Newtonschen Gesetze in Nicht-Trägheitsrahmen gültig.

Zentrifugal- und Corioliskräfte sind in der Tat sogenannte Pseudokräfte , die Unterschiede im beobachteten Verhalten relativ zu einem Trägheitsrahmen erklären.

Wenn Sie also ein Objekt auf der Erdoberfläche stehen sehen, können Sie sicher sein, dass es durch Haftreibung relativ zur Erdoberfläche in Ruhe gehalten wird.

Ein großartiges Beispiel für die Wirkung von Pseudokräften ist das sogenannte Foucalt-Pendel . Da es beim Pendel keine Haftreibung gibt, dreht sich die Schwingungsebene des Pendels. Foucalts Pendel ist auch ein Beweis dafür, dass die Erde kein inertialer Bezugsrahmen ist.

Das Problem bei der Beobachtung von Pseudokräften besteht darin, dass sie im Vergleich zur Schwerkraft sehr klein sind. Die Zentripetalbeschleunigung aufgrund der Rotation der Erde um ihre Achse liegt in der Größenordnung$10^{-2}$MS$^2$(je nach Position), während die Zentripetalbeschleunigung auf die Rotation der Erde um die Sonne zurückzuführen ist$6 \times 10^{-3}$MS$^2$. Sie haben also einen Effekt, wenn Sie einen Turm drehen, aber ich bezweifle, dass Sie ihn messen können.

Was also macht Kräfte pseudo? Nun, Sie haben vielleicht gehört, dass die Newtonschen Gesetze nur im Trägheitsbezugssystem gültig sind. Wenn Sie die Bewegung des Turms von außerhalb der Erde (Trägheitsbezugssystem) beobachten, können Sie beobachten, dass der Turm komplexe Bewegungen ausführt und ständig beschleunigt. Für diese Bewegungen sind auf den Turm wirkende Gravitations- und Reibungskräfte verantwortlich.

Wenn Sie jedoch auf der Erde stehen, scheint es Ihnen, dass der Turm in Ruhe ist. Aber Gravitations- und Reibungskräfte wirken immer noch darauf ein, also summiert sich das nicht. Die Summe der Kräfte ungleich Null und der Turm im Ruhezustand brechen das 2. Newtonsche Gesetz! Das 2. Newtonsche Gesetz ist nicht mehr gültig, da Sie sich nicht mehr im Trägheitsbezugssystem befinden.

Um das 2. Newtonsche Gesetz in nicht-inertialen Bezugsrahmen zu "flicken", führen Sie Pseudokräfte ein . Nach Einführung von Pseudokräften gilt das 2. Newtonsche Gesetz auch dann , wenn man sich nicht mehr im Trägheitsbezugssystem befindet. Sie können diese Kräfte nur fühlen , weil Ihre Intuition zusätzliche Kräfte benötigt, um Ihre Beobachtungen zu erklären.

Während es in der klassischen Mechanik sinnvoll ist, zwischen fiktiven Kräften durch beschleunigende Koordinatensysteme und „echten“ Kräften in Inertialsystemen zu unterscheiden, ist dies in der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht mehr der Fall.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es außer in einfachen Fällen im Allgemeinen keine bevorzugten globalen Referenzrahmen, und die Schwerkraft ist in gewissem Sinne nicht mehr vom Newtonschen Konzept einer Pseudokraft zu unterscheiden.

Sie können wählen, ob dies bedeutet, dass die Schwerkraft weniger real oder Pseudokräfte realer sind, aber es ist keine physikalische Frage, sich um die Antwort zu sorgen.

Legen Sie ein stationäres Objekt auf ein Stück Millimeterpapier und beschleunigen Sie das Millimeterpapier im Laufe der Zeit beliebig, während Sie die Position des Objekts auf dem Millimeterpapier aufzeichnen und das Objekt relativ zu Ihnen stationär halten:

F: Haben Sie gesehen, wie sich das Objekt beschleunigte, während Sie das Millimeterpapier bewegten?

A: Nein, also gibt es keine physikalische Kraft darauf.

F: Wie ist die Flugbahn des Objekts auf dem Millimeterpapier und Ihre Schlussfolgerung?

A: Die Flugbahn ist eine Kurve und wurde daher im Koordinatensystem des Millimeterpapiers beschleunigt. Wir können dies als eine unphysikalische Kraft modellieren, die auf das Objekt in diesem Koordinatensystem wirkt. Diese fiktive Kraft hängt davon ab, wie dieses Koordinatensystem gegenüber einem beschleunigt wird, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.