Ist die in der ISS erlebte Schwerelosigkeit die "künstliche" Art?

Ich habe mich immer über folgendes gewundert:

  1. Ein Astronaut, der in einem Raumschiff schwebt, das weit von der Erde oder einem anderen Planeten entfernt ist, wird echte Schwerelosigkeit erfahren, da von jedem Planeten in der Nähe eine vernachlässigbare Anziehungskraft ausgeht. Ist das richtig?

  2. Aber ein Astronaut, der in der ISS schwebt, erfährt künstliche Schwerelosigkeit (ich verwende den Begriff „künstlich“, weil es nicht die Folge des Fehlens einer Gravitationskraft ist – die Erde ist immer noch da), weil die ISS ständig frei fällt die Erde, während sie gleichzeitig um sie herum rast. Ist das richtig?

Was ich meine ist, ist die Schwerelosigkeit, die ein Astronaut innerhalb der ISS erfährt, nicht ähnlich wie eine Person, die sich fühlen würde, wenn sie lange Zeit in einem frei fallenden Aufzug stünde? Oder genauer gesagt, ähnelt es nicht der künstlichen Schwerelosigkeit, die von diesen großen Zero-G-Flugzeugen erzeugt wird? Und wir scheinen das irgendwie zu vergessen, wenn wir uns diese ISS-Videos ansehen.

Oder liege ich komplett falsch?

IDK, wenn es ein Duplikat ist, aber es wird hier beantwortet: space.stackexchange.com/q/54006/6944 tl;dr es ist freier Fall. Die ISS ist sehr nahe an der Erde und wird stark von ihrer Schwerkraft beeinflusst.
Wie ich im oben verlinkten Artikel sagte, gibt es keine vernünftige Unterscheidung zwischen den beiden Konzepten, und Sie sollten aufhören, sie als unterschiedlich zu betrachten. Dies ist das grundlegende Prinzip der Allgemeinen Relativitätstheorie, das besagt, dass es kein Experiment gibt, das man sich in einem geschlossenen System ausdenken kann, das es erlaubt, den Unterschied zwischen einem freien Fall und einem Zustand ohne Gravitationsbeschleunigung zu bestimmen.
Ihr Szenario (1) ********* tritt nie ********** auf, irgendwo im Universum. Nach Ihrer Definition ist also die gesamte Schwerelosigkeit vom "künstlichen" Typ.
Ich hätte schwören können, dass ich vor nicht einmal einem Monat genau dieselbe Frage gelesen habe. Kann es aber nicht finden...
Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen „künstlicher Schwerelosigkeit“ und „überhaupt keiner Schwerkraft“. Bei "überhaupt keine Schwerkraft" wird Newtons Eimer nicht funktionieren. Da alle Bezugssysteme gleichwertig sind, gibt es unter solchen Bedingungen keinen Unterschied zwischen einem „statischen“ Eimer und einem „drehenden“ Eimer. Es braucht die Schwerkraft anderer Körper, um den nicht rotierenden pseudo-speziellen Referenzrahmen zu etablieren. Oder zumindest habe ich das verstanden .
Zu kurz für eine Antwort, aber herzlichen Glückwunsch, Sie haben das Äquivalenzprinzip entdeckt (und keine der Antworten hat sich die Mühe gemacht, diesen Namen zu buchstabieren ...). :-) Überprüfen Sie Wikipedia, sie haben eine ziemlich umfangreiche Beschreibung.
@SF Ob die Schwerkraft anderer Körper für Newtons Eimer verantwortlich ist, ist ein Streit unter Physiktheoretikern, der wahrscheinlich nie gelöst werden wird. Das Experiment zeigt, dass entfernte Körper den lokalen, nicht rotierenden Bezugsrahmen markieren, aber es ist unmöglich, Ursache und Wirkung nachzuweisen. Es steht kein leeres Universum zur Verfügung, in dem das Experiment durchgeführt werden könnte.
@I'mwithMonica Ich auch, aber ich konnte es auch nicht finden.
Es geht um Bezugsrahmen. Einsteins Mann im fallenden Fahrstuhl weiß nicht oder kümmert sich nicht darum, warum er schwerelos ist.
Ihr Szenario (1) tritt jedoch an den allermeisten Orten auf. Die Gravitationskraft nimmt schnell ab, wenn Sie sich von Massen entfernen (Gesetz des umgekehrten Quadrats). In einer homogenen Nachbarschaft balancieren sich benachbarte Massen aus. Interstellarer Raum: Die galaktische Zentripetalbeschleunigung liegt in der Größenordnung von 2e-10 m/s2, weniger als nicht wahrnehmbar (Milchstraße, in unserer Entfernung vom Zentrum). Intergalaktischer Raum: viele Größenordnungen weniger.
@PcMan zu "********** kommt nie ********** vor, irgendwo im Universum", außer dass es an Milliarden von Milliarden Orten im Universum vorkommt .
@uhoh Sie verwenden unsinnige Semantik, um eine falsche Aussage zu verbreiten. Dies ist sehr unfreundlich gegenüber den Lesern dieses Forums, und ich bitte Sie respektvoll, dies nicht zu tun.
@PcMan Wenn die Mathematik sagt, dass etwas so ist, ist es so.
@throx Es gibt eine Möglichkeit, dies festzustellen. In einem frei fallenden Rahmen bewegen sich Partikel voneinander weg. In einem beschleunigten Rahmen im Weltraum werden sie es nicht tun.
@DescheleSchilder Fairer Punkt, aber nicht wirklich die Stoßrichtung der Frage und nicht hilfreich für ein tieferes Verständnis der Physik. Das GR-Äquivalenzprinzip geht von einem konstanten Gravitationsfeld im gesamten System (oder einem infinitesimalen System) aus, andernfalls bedeutet es, dass es einer ungleichmäßigen Beschleunigung im gesamten System entspricht - daher Gezeitenkräfte.
@throx Fairer Punkt, aber wirklich nicht, wie es für echte physische Systeme ist. Es gibt kein einheitliches Gravitationsfeld.
Die Gravitationszeitdilatation erzeugt für einen außenstehenden Beobachter einen messbaren Unterschied zwischen „wahrer“ Schwerelosigkeit und freiem Fall

Antworten (7)

Die Schwerkraft ist überall. Es gibt im Universum niemals eine echte „Schwerkraftlosigkeit“.

Aber wenn Sie sich im freien Fall befinden – was bedeutet, dass Sie der Anziehungskraft der Schwerkraft folgen, anstatt sich ihr zu widersetzen, oder daran gehindert werden, ihr zu folgen (durch den Boden, Ihren nahe gelegenen Planeten, die Wände von Raumschiffen, wenn sie stoßen, oder was auch immer) –, spüren Sie es nicht und das nennen wir "Schwerelosigkeit" oder (fälschlicherweise) "Schwerelosigkeit".

Die Schwerelosigkeit, die Sie in einem Raumschiff weit weg von jedem Objekt spüren, ist genau das Richtigedie gleiche Schwerelosigkeit, die Sie an Bord der ISS spüren, die die Erde umkreist. Es gibt nicht 2 Arten ("künstlich" vs. "echt"). Sie können das sehen, denn wenn Sie Ihren Fokus ein wenig verkleinern, fällt das Raumschiff "weit entfernt von jedem Objekt" tatsächlich immer noch auf ein Objekt, vielleicht mit sehr hoher Geschwindigkeit. Sein nächster galaktischer Haufen oder Superhaufen, vielleicht ein paar Dutzend Megaparsec entfernt, aber er fällt immer noch schnell darauf zu. Wenn es nichts trifft, folgt es einem Weg, der über Hunderte von Millionen Jahren eine (wahrscheinlich stark) elliptische Umlaufbahn bildet, da es keine Energie verliert und kollidiert. Und die ISS folgt immer noch der Anziehungskraft der Erde, sie wird auch in einer elliptischen Umlaufbahn bleiben, wenn man den Energieverlust aus der Spurenatmosphäre in dieser Höhe ignoriert. Identisches Verhalten,

Es gibt also keine "künstliche Schwerelosigkeit" oder eine Unterscheidung zwischen einer Art Null-G, die "echt" und "künstlich" ist, abgesehen von Simulationen wie dem Schwimmen in einem Wassertank oder anderen Simulatoren.

Wenn Sie sich frei bewegen, wie es die Schwerkraft vorschreibt, werden Sie das Gefühl erleben, das wir „Schwerelosigkeit“ oder „Schwerkraftlosigkeit“ nennen. Wenn dich etwas daran hindert, wirst du es nicht (oder du wirst es viel weniger spüren). So einfach ist das. *

* Der Vollständigkeit halber, wenn etwas Sie nur leicht davon abhält, der Schwerkraft frei zu folgen, oder das lokale Gravitationsfeld sowieso schwach ist, aber ein Objekt, gegen das Sie drücken, Sie daran hindert, ihm zu folgen (z. B. auf dem Mond), werden Sie dies als niedrig empfinden Schwerkraft oder Mikrogravitation.

Es gibt einen sehr kleinen Unterschied, da Sie einem massiven Objekt so nahe sind, dass Sie Gezeitenkräfte spüren werden.
Die Gravitationskraft mag weit draußen im Weltraum nicht Null sein, aber das ist der technische Grund, warum der Begriff " Mikrogravitation " existiert, der angemessener ist als "Schwerkraftlosigkeit". Es ist sehr, sehr, sehr niedrig, und doch ist das Ergebnis das gleiche wie in einer Situation mit sehr hoher Schwerkraft (die die Erde oder die Sonne umkreist). Und ich denke nicht, dass Ihr Zeitrafferbeispiel als Lehrpunkt besonders überzeugend ist, da Sie niemals eine Bewegung fühlen können, unabhängig davon, ob "Fallen" stattfindet oder nicht. Dass man das Fallen nicht spürt, erfordert etwas Besonderes, und das
"etwas extra" hat mit der Tatsache zu tun, dass die auf alle Körperteile ausgeübte Beschleunigung im Wesentlichen gleichmäßig ist (außer wenn dies nicht der Fall ist).
@J ... Genau das, was ich dachte. Selbst im Raum zwischen den Planeten befinden Sie sich in einer freien Fallumlaufbahn um die Sonne mit ihrer größeren Schwerkraft. Oder Sie befinden sich zwischen den Sternen im freien Fall in einer Umlaufbahn um das Zentrum der Galaxie mit ihrer enormen Schwerkraft, im Prinzip genau dasselbe wie die ISS um die Erde (mit ihrer niedlichen, aber angenehmen Schwerkraft).
Es gibt keine „Schwerkraftlosigkeit“; es gibt nur "alles in der umgebung beschleunigt genau gleich".
@ Darth (1) ja, aber es ist einfach, die gängige Terminologie zu verstehen und was OP mit "Null G" oder "Schwerelosigkeit" meint, und wird in Antworten erklärt. (2) stimme nicht zu, das wirft die Frage auf, was als Nachbarschaft gilt. Ich kann an einem äußeren Rand der ISS sein und im Weltraum treiben, und die ISS wird sich entfernen (winziger Gravitationsunterschied), aber ich werde mich immer noch "schwerelos" fühlen. Oder ich befinde mich nur mit meinem Raumschiff als Begleitung im Nichts und wenn dessen Motor läuft, beschleunigen wir „genauso“, aber ich fühle mich nicht schwerelos. Es ist also schlecht definiert und schlimmer noch, es kann in beide Richtungen fehlschlagen. Daher bevorzuge ich meine vorgegebene Definition.
@Stilez Es tut mir leid, wenn das als Meinungsverschiedenheit rüberkam; Ich wollte eigentlich nur wiederholen, was Sie in Ihrer Antwort über "sich frei bewegen, wie es die Schwerkraft vorschreibt" gesagt haben. Aber zu Punkt 2: Sie können im freien Fall sein und sich nicht wie in der Schwerelosigkeit fühlen . Wenn Sie an einem Gebäude vorbeifliegen, werden Sie das Gefühl haben, zu fallen und nicht zu schweben, selbst wenn die Physik identisch ist mit der, die Sie hätten, wenn Sie sich im Orbit befänden. Es folgt alles nur der Kurve der Schwerkraft. "Nähe", wie "Schwerelosigkeit", ist eine menschliche Interpretation, die es in der Physik nicht gibt, aber sie ist entscheidend dafür, wie wir Dinge interpretieren.
In diesem Fall (wenn Sie an einem Gebäude vorbeifallen) fühlen Sie sich wie im freien Fall - wenn Sie die Augen schließen, ist es dasselbe (abgesehen von Geräuschen, Winddruck und dem Aufprall am Boden!). Du bekommst Input von deinen Augen, den du interpretierst, als würdest du fallen. Aber idealisiertes Fallen ist nicht zu unterscheiden von Schwerelosigkeit und dem populären "Zero G* (im Weltraum auf den nächsten Supercluster fallend). (CONT)
.......Sie können es sogar umdrehen, wenn ich Sie auf magische Weise in den Weltraum versetze, auf einen weit entfernten Supercluster zufalle und dann ein VR-Video eines vorbeiziehenden Gebäudes und einige Windgeräusche an Ihre sensorischen Nerven füttere, das würde sich wie ein idealisiertes Fallen anfühlen und zeigen, dass die 2 aus der Schwerelosigkeitsperspektive gleich sind, und seine einzigen anderen Daten, die wir als Kontext korrelieren und vergleichen, die uns sagen, welches das "richtige" dieser Wörter für das identische Fallen / schwerelos / ist "Null-G"-Erfahrung. Wenn Sie der Schwerkraft frei folgen, ist dies das entscheidende Kriterium für die Erfahrung, die das OP unter irgendeinem Namen bedeutet.
Hervorragende Antwort! Tiny nit: "oder daran gehindert zu werden" Ich glaube du meinst "oder nicht daran gehindert zu werden".
Sie können den Unterschied in der Quelle der Schwerelosigkeit nicht erkennen, aber die Gravitationszeitdilatation hängt von der Stärke des lokalen Gravitationspotentials ab, so dass es tatsächlich einen grundlegenden Unterschied zwischen den beiden Szenarien gibt ... nur nicht beobachtbar innerhalb des Referenzrahmens des freien Falls

Die Schwerkraft hat eine unendliche Reichweite, daher gibt es keinen Ort im Universum, an dem Sie sich von ihrem Einfluss befreien können. Sicher, es gibt Orte wie Supervoids , wo der Einfluss der Schwerkraft sehr gering ist, aber es gibt keinen Ort, an dem er völlig fehlt.

Die alltägliche Erfahrung der „Schwerkraft“ – das Gefühl, auf der Oberfläche eines Planeten zu stehen – ist nicht wirklich das Werk der Schwerkraft selbst. Wenn Sie sich nicht in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs befinden, ist die Anziehungskraft der Schwerkraft auf alle Teile Ihres Körpers gleich, und daher gibt es keine unterschiedliche Kraft, die es Ihnen ermöglicht, etwas zu fühlen.

Was Sie auf der Oberfläche eines Planeten spüren, ist der Boden, der gegen Ihre Füße drückt, der gegen Ihre Beine drückt, der gegen Ihren Oberkörper drückt, der gegen Ihren Kopf und Ihr Vestibularsystem drückt und es Ihnen ermöglicht zu sagen, wo oben ist . Dies ist die gleiche Differenzkraft, die Sie beim Beschleunigen oder Wenden in einem Auto spüren, und weil diese Kraft nicht sofort gleichmäßig auf den Körper wirkt, können wir sie fühlen.

Also ja. In Zero-G zu sein, fühlt sich an wie ein Sturz. Da die "nicht-künstliche" Art der Schwerelosigkeit, wie Sie in Ihrer Frage angeben, nirgendwo existiert, ist das Konzept der "künstlichen" Schwerelosigkeit nicht besonders nützlich.

Die Schwerelosigkeit, die in der ISS erlebt wird, ist also auf den freien Fall zurückzuführen (und nicht auf eine minimale Anziehungskraft), während die Schwerelosigkeit, die irgendwo zwischen z. B. Erde und Mars erlebt wird, auf das Fehlen einer starken Anziehungskraft von einem nahe gelegenen Planeten zurückzuführen ist, richtig? Also die Ursache ist doch in jedem Fall anders oder?
Zwischen Erde und Mars ist es immer noch freier Fall. "Die Antwort ist immer freier Fall" (außer wenn es "thermische Kontrolle" ist).
„Erlebte Schwerelosigkeit“ wird immer durch das Gleiche verursacht: keine Beschleunigung erfahren oder von der Planetenoberfläche getragen werden.
Entscheidend ist der vorletzte Absatz. Sie spüren die Schwerkraft nicht, Ihr Körper hat nichts, was nicht von der Schwerkraft beeinflusst wird, womit er sich vergleichen könnte. Sie spüren nur, wie der Planet (oder ein Raumschiff) Sie von dem Weg durch die Raumzeit abdrängt, den Sie sonst nehmen würden. Wenn das nichts tut, bist du im freien Fall. Freier Fall ist nicht mehr oder weniger "real", wenn Sie sich auf einer suborbitalen Flugbahn befinden, die die Erdoberfläche trifft, bevor sie eine Umlaufbahn vollendet, in der Erdumlaufbahn, in der Sonnen- oder galaktischen Umlaufbahn oder in einer intergalaktischen Leere, die nicht an einen Galaxienhaufen oder Superhaufen gebunden ist , usw.
@SproutCoder die Schwerelosigkeit zwischen Erde und Mars wäre anders - anstatt frei um die Erde zu fallen, fallen Sie frei um die Sonne. Wenn Sie dasselbe zwischen Sol und Proxima Centari tun würden, würden Sie im freien Fall um den galaktischen Kern herumfliegen. Zwischen der Milchstraße und Andromeda würden Sie im freien Fall um das Zentrum des Galaxienhaufens herumfliegen. "Die Antwort ist immer der freie Fall".
Ok dann euch allen für die Klarstellung. Ich war besessen von der planetaren Anziehungskraft im Vergleich zum freien Fall, aber ich verstehe, dass es keine solche Unterscheidung gibt.
eigentlich: Schwerelosigkeit fühlt sich nicht wie Fallen an, es sei denn, man fällt in sehr gutes Vakuum oder in einen beschleunigten Aufzug (was ich nicht hoffe). Wenn Sie auf die Erde fallen, bewegen Sie sich normalerweise durch Luft, die Sie fühlen. In der Schwerelosigkeit schweben Sie einfach in der Luft ohne relative Geschwindigkeiten - es ist ein deutlicher Unterschied zu allem, was normalerweise als Fallen auf die Erde beschrieben wird.
In Lagrangepunkten ist die Schwerkraft Null. Alle Ursprünge in fallenden Rahmen haben Schwerelosigkeit.
Schwerelosigkeit existiert . Alle frei fallenden getrennten Punktmassen erfahren Schwerelosigkeit. Sie erfahren keine grundlegende Kraft, die sie drückt oder zieht. Die Schwerkraft drückt oder zieht nicht. Die drei Basiskräfte tun es (Trägheitskräfte).
@DescheleSchilder en.wikipedia.org/wiki/Lagrange_point#/media/… Wenn die Schwerkraft Null wäre, würden sich Objekte in den Legrange-Punkten nicht im Kreis bewegen (beschleunigen).
Ich meine Schwerelosigkeit in dem Sinne, dass an diesem Punkt keine Schwerkraft zu spüren ist. Ein Beschleunigungsmesser würde auf Null zeigen. Das ssme gilt für die Ursprünge aller frei fallenden Rahmen (der Lagrange-Punkt ist ein solcher Ursprung).
+1aber eine winzige Kleinigkeit über "... es gibt keinen Ort im Universum, an dem Sie sich von seinem Einfluss befreien können."
Hervorragende Antwort! Tiny nit: "oder daran gehindert zu werden" Ich glaube du meinst "oder nicht daran gehindert zu werden".
@NateBarbettini Ich denke, du meinst Stilez 'Antwort, nicht meine.
@Ingolifs Doh, auf den falschen Kommentar-Button geklickt. Verzeihung!

Die richtige Denkweise ist, dass Schwerelosigkeit immer und überall die „künstliche“ Art ist. Es ist sicherlich richtig, dass das Gravitationsfeld fernab von Massen sehr schwach ist, aber auf dem Weg zum Mond fuhren die Astronauten im freien Fall, sodass es für ihre Erfahrung keinen Unterschied machte, wie stark das Gravitationsfeld war. Sogar irgendein Komet auf halbem Weg zwischen der Sonne und Alpha Centauri bewegt sich ziemlich schnell um das Zentrum der Galaxie herum.

In jedem freien Fall gibt es einen Punkt mit Schwerelosigkeit. Tatsächlich können Sie alle Punkte so auswählen, dass sie Schwerelosigkeit haben. Daran ist nichts Künstliches.
Gehe ich recht in der Annahme, dass ich selbst in einem hypothetischen Gedankenexperiment-Universum ohne jegliche Materie darin, wenn ich dort verzaubert würde, immer noch eine gewisse Schwerkraft spüren würde, und sei es nur zB aufgrund der Masse in meinen Beinen von der Masse meiner Arme angezogen zu werden und umgekehrt?

Es ist genau die gleiche Schwerelosigkeit, die Sie in einem Flugzeug erleben, das zur Erde parabelt. Es unterscheidet sich jedoch ein wenig von der Schwerkraft, die Sie in der massefernen Schwerkraft im Weltraum erleben. In der ISS ist die Schwerkraft an jedem Punkt nahezu Null. Aber nicht genau (obwohl es kein einfaches Spielzeugmaß ist, wenn nicht unmöglich). Es gibt immer ein Gefälle, das zu Gezeitenkräften führt. Dies ist eine globale Kraft. Es existiert nur für zwei getrennte Lokale (Ponts). Zwei Punktmassen in der ISS werden sich schließlich trennen. Es gibt jedoch immer einen bestimmten Punkt auf der ISS, an dem die Schwerkraft genau null ist. Irgendwo in der Mitte der ISS. Dies geschieht auch in einem fallenden Aufzug. Irgendwo im Fallaufzug ist die Schwerkraft genau null. Wenn Sie eine Pont-Masse in der Mitte des Aufzugs platzieren, bleibt sie dort. Wenn Sie es näher am Boden oder an der Decke des Aufzugs platzieren, ist die Kraft immer noch Null, aber es wird aufgrund der nichtlokalen Gezeitenkraft zum Boden oder zur Decke beschleunigt. Man kann auch sagen, dass die Decke, der Boden und der gesamte Aufzug eine Gezeitenkraft erfahren und nicht die Masse, die überhaupt keine Kraft erfährt.

So können Sie zwischen einem frei fallenden Aufzug und einem im freien Weltraum (oder zwischen einem auf der Erde stationären und einem im Weltraum beschleunigten Aufzug) unterscheiden. Im fallenden Rahmen (oder Ihrem fallenden Körper) ist das immer eine Erfahrung von Gezeitenkräften (die in der Natur elektromagnetisch, stark oder schwach sind).

Auf der sehr genauen Ebene gibt es so etwas wie ein einheitliches Gravitationsfeld nicht, also existieren überall Gezeitenkräfte . Es gibt wirklich keinen Unterschied zwischen massennahen und massenfernen Fällen, nur unterschiedliche Stärke der Gezeitenkraft. Auf der ISS ist es mit etwa einem Millionstel G schon völlig unbedeutend – das Belüftungssystem ist stärker als die Gezeitenkraft. Der Versuch, zwischen einem frei fallenden Aufzug und einem stationären Aufzug im Weltraum zu unterscheiden, wird nicht funktionieren, da Sie mit einem ausreichend empfindlichen Instrument immer eine Gezeitenkraft finden.
@NuclearHoagie Wenn der Raum flach ist, gibt es keine Gezeitenkraft. In einem Lagrange-Poinr ist die Gezeitenkraft in beide Richtungen entgegengesetzt. Wenn die Gezeitenkraft sehr klein ist (viel kleiner als in einem Gravitationsfeld eines Planeten), können Sie sicher sein, dass Sie sich im Weltraum befinden. Ich kann es erleichtern. Wenn Sie lange genug lebten, um das Verhalten zweier kleiner Massen zu beobachten, könnten Sie wissen, wo Sie sich befinden.
Mein Punkt ist, dass es keine Grenze für "sehr kleine Gezeitenkraft" gibt, die es Ihnen ermöglichen würde, Szenarien in zwei verschiedene Kategorien einzuteilen. Es gibt im Grunde keinen Unterschied zwischen massennahen und massenfernen Fällen, es ist nur ein Kontinuum von Gezeiteneffekten. Die Gezeitenkraft auf der ISS ist viel, viel kleiner als die Schwerkraft, die auf die ISS wirkt, aber es ist kein Weltraum. Das hypothetische Szenario eines Aufzugs, der durch ein einheitliches Gravitationsfeld fällt, ist einfach eine gute Annäherung, wenn er weit von der Masse entfernt ist, aber es ist nie wirklich der Fall.
@NuclearHoagie In einem Aufzug, der in ein gleichmäßiges Feld fällt, gibt es überhaupt keine Gezeitenkraft. Die Gezeitenkräfte im Weltraum sind um viele Größenordnungen kleiner als die in der ISS. Diese sind in der Tat sehr, sehr, sehr klein, aber der relative Unterschied ist riesig.
außer: es gibt nirgendwo im Universum so etwas wie ein „einheitliches Feld“.
@planetmaker Du kannst dir einen vorstellen. Auf beiden Seiten einer unendlichen Masseplatte. In diesem Fall gibt es keine Gezeitenkraft. Das Messen von Null-Gezeiteneffekt könnte also bedeuten, dass Sie sich über einer solchen Platte befinden. Aber wie weit davon entfernt wäre unmöglich zu wissen. Das ganze Universum könnte sich gerade in einem solchen Feld befinden.
@NuclearHoagie: Es gibt keine feste Grenze, aber Unterscheidungen wie „Kraft X ist im Vergleich zu Kraft Y vernachlässigbar klein“ vs. „Kräfte X und Y sind beide signifikant“ sind sehr sinnvoll und nützlich. Eine ausreichend große quantitative Unterscheidung wird zu einer qualitativen Unterscheidung.
Ich bin mit dieser Antwort nicht einverstanden. Um das Beispiel zu verwenden, ja, es gibt einen Punkt in der ISS, an dem eine Masse relativ zur ISS "an Ort und Stelle bleibt". Aber das ist nicht wirklich relevant für diese Frage. Alles, was es bedeutet, ist, dass Sie sich aufgrund der Schwerkraft genauso bewegen wie die ISS, nicht, dass "die Schwerkraft genau Null ist". Um zu zeigen, warum das so ist, stellen Sie sich vor, Sie befinden sich an einem anderen Punkt mitten in der Luft in der ISS. Schließe jetzt deine Augen. Beide Punkte fühlen sich identisch an, bis und sofern Sie nicht beim 2. von ihnen gegen die ISS-Wand stoßen. Das Gefühl der Schwerelosigkeit auf der ISS hängt also nicht mit einer Relativbewegung zur ISS zusammen. Es geht darum, sich mit der Schwerkraft zu bewegen.
Auch wenn Sie nicht auseinandergerissen werden oder unglaublich empfindliche Instrumente verwenden, werden Sie auch niemals eine Gezeitenkraft der Schwerkraft spüren. Soweit eine Masse nach oben oder unten driftet, erfährt sie in diesem Szenario immer noch Schwerelosigkeit . Es ist nur so, dass das freie Folgen der Schwerkraft bedeutet, dass es nicht ganz auf dem gleichen Weg wie der Aufzug ist, nicht dass es nicht das erlebt, was wir "Schwerelosigkeit" nennen. Die Drift- und Gezeitenprobleme sind auch hier für die von der Frage aufgeworfenen Probleme so gut wie irrelevant, da das OP fragt, ob es mehrere Arten von Schwerelosigkeit gibt, die dies nicht beantwortet.
@NuclearHoagie: Im realen Universum stellt sich die Frage, wie niedrig die Gezeitenkräfte sind (und/oder wie flach die lokale Krümmung der Raumzeit ist?), nicht ob sie vorhanden sind oder nicht. Es ist eine andere Frage als die, die der Fragende stellt, aber obwohl sie quantitativ statt qualitativ sind, sind sie verwandt und könnten dem Fragenden vielleicht helfen, den Finger auf eine physikbasierte Methode zu legen, um die Unterscheidung zu treffen, die er zu machen versucht / nachdenken über. Ich habe diese Antwort aus diesem Grund positiv bewertet. (Obwohl es einige andere Dinge sagt, sollte ich wahrscheinlich meine eigenen posten.)
@Stilez Sie betrachten verschiedene fallende Frames. Ich betrachte nur den Frame mit dem Ursprung in der Mitte der ISS. Von dort aus gesehen gibt es auf beiden Seiten der ISS eine Streitmacht. Diese Kräfte sind entgegengesetzt gerichtet. Wenn Sie verschiedene Ursprünge betrachten, ist die Kraft in diesem neuen Ursprung immer noch Null. Aber die entgegengesetzten Kräfte ändern sich und wenn Sie Ihren Ursprung auf eine der beiden Seiten legen (die nächste und die am weitesten entfernte), dann werden alle Kräfte nur in eine Richtung wirken. Nur nach innen oder nur nach außen. Für die erfahrenen EM-Kräfte macht dies jedoch keinen großen Unterschied. EM-Kräfte werden nur einmal erlebt
@Stilez Sie können die Schwerkraft niemals direkt erleben. Nur durch die EM-Wechselwirkung.
@PeterCordes Ich mag dein Profilbild! Wie oft hat meine Freundin schon angerufen... Mit stetig steigender Stimme...
Deschele - Ich denke nur über die Frage nach. Es geht nicht darum, ob Sie erkennen können, was mit Ihren Sinnen oder Laborgeräten vor sich geht, oder indem Sie sehen, ob Sie mit einem Aufzug oder einer ISS-Wand kollidieren. Es wird nicht gefragt, ob Sie unterschiedliche Bewegungen oder Kräfte aufgrund winziger Unterschiede in der Schwerkraft zwischen Ihnen und einem Aufzug oder einer ISS-Wand oder der Erkennung auftretender EM-Wechselwirkungen bemerken können. Es ist nur die Frage, ob Sie "Schwerelosigkeit" oder das, was oft (wenn auch fälschlicherweise) als "Null-G" bezeichnet wird, erleben, ob die vernachlässigbare Schwerkraft dieses Gefühl verursacht und ob es> = 2 Arten von 0G gibt. Es beantwortet nur nicht die eigentliche Frage.
@Stilez Es gibt in der Tat kein Gefühl wie das Gefühl, auf der Erde zu stehen. Ist es das, was der OP wissen will? Glaubt er, du bist immer noch da oben gequetscht? Oder gezogen? Man kann sich fragen, ob die Schwerelosigkeit dort oben dieselbe Schwerelosigkeit ist wie in einem Schwimmbad, wo die Astronauten üben.
@Stilez Was ist mit dem ersten Satz in der Antwort?

Oder genauer gesagt, ähnelt es nicht der Schwerelosigkeit, die von diesen großen Zero-G-Flugzeugen erzeugt wird

Ja, ist identisch

Beachten Sie, dass Sie den Ausdruck verwenden:

künstliche Schwerelosigkeit

Es gibt keine „künstliche Schwerelosigkeit“. Es ist ein bedeutungsloser Satz.

Beachten Sie, dass Sie den Ausdruck verwenden:

Schwerelosigkeit

Es gibt keine Schwerelosigkeit.

Piloten usw. verwenden den Ausdruck „Zero-Gravity“ oder „zero-g“ ganz grob, um „das Gefühl zu bedeuten, wenn man sich in einem dieser Flugzeuge oder der ISS befindet“.

Im Wesentlichen ist alles in Ihrer Frage richtig, und mehr noch!

Es gibt keinen qualitativen Unterschied zwischen den beiden Situationen, die Sie dargestellt haben, nur einen quantitativen.

(Und keine kann sinnvoll als "künstlich" bezeichnet werden - beide Situationen sind echte Mikrogravitation, wie in anderen Antworten erläutert. Sie können "künstlich" auf Astronauten anwenden, die Tanks mit neutralem Auftrieb trainieren (obwohl der übliche Begriff " Mikrogravitationssimulator " zu sein scheint). ) oder ein hypothetisches Science-Fiction-Schwerkraft-Manipulationsgerät.)

Die tatsächlichen quantitativen Unterschiede zwischen lokal (theoretisch) beobachtbaren Gravitationsbedingungen sind:

  • Gezeitenkräfte: Weit entfernt von allem ist das Schwerefeld ziemlich gleichförmig. Die Kräfte, die Dinge zerquetschen oder ziehen, sind deutlich kleiner als im niedrigen Orbit eines Planeten wie der Erde in der Nähe der Sonne. Siehe meine Antwort auf Könnte eine Weltraumkolonie 1 g von der Sonne entfernt funktionieren? für einige Beispiele von Gezeitenkräften auf ein ausgedehntes Objekt und https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force
  • Krümmung der Raumzeit: Weit entfernt von allem ist die Raumzeit sehr nah an der Ebene (oder an der natürlichen Krümmung des gesamten Universums?). Ich bin da absolut kein Experte. In der Nähe eines Planeten ist die Raumzeit gekrümmt, sodass sich ein freier Fallpfad auf ihn zu oder um ihn herum krümmt. (Auch hier schlachte ich wahrscheinlich eine Terminologie oder Schlimmeres.)

Es gibt also nichts grundlegend anderes, als ständig um einen Planeten zu fallen oder durch den intergalaktischen Raum zu fallen (im Orbit oder nicht um eine nahe gelegene Galaxie oder einen Supercluster). Es ist nur eine Frage des Grades.

Und ja, Sie könnten diese Faktoren (zumindest die Gezeiten) theoretisch in einem versiegelten Aufzug ohne Fenster messen. Vor allem, wenn Sie Ihr Experiment von unbequemen Menschen, die sich bewegen, isolieren und Monate oder Jahre warten könnten, um zu sehen, wie schnell einige Objekte, die anfänglich relativ zum Schiff ruhen, beschleunigen (sehr kleine Beschleunigung, die über lange Zeiträume integriert wird).

Hoffentlich kann Ihnen die Identifizierung dieser quantitativen Unterschiede dabei helfen, herauszufinden, worüber Sie sich gewundert / gedacht haben, als Sie auf die natürliche / künstliche Unterscheidung kamen, die Sie treffen wollten.

Ergänzende Antwort:

tl;dr: Es gibt Milliarden von Milliarden Punkten im Universum mit null Gravitationsbeschleunigung!

Während jede Antwort eine Form von "Schwerkraft ist überall, weil sie niemals endet" enthält (dh 1 / R 2 geht nie auf Null, also zieht alles an allem) Ich muss zwei Vorbehalte einbringen:

  1. Die Schwerkraft bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Soweit ich weiß, ziehen uns Dinge außerhalb des beobachtbaren Universums nicht an.
  2. Die Gravitationsbeschleunigung ist nur der Divergenzgradient eines skalaren Potentialfelds und kein erstaunlich kompliziertes Vektorfeld (außer in der Nähe von Singularitäten), und (für) 𝑛 Massen, dann gibt es im Allgemeinen mindestens 𝑛−1 Nullen (in 1d genau 𝑛 −1 Nullen) des (Beschleunigungs-)Feldes, alle isoliert, innerhalb der konvexen Hülle dieser Massen und keine von ihnen stabil.

Das sind natürlich mathematische Punkte, aber einige argumentieren, dass Mathematik realer ist als alles andere :-)

(für) 𝑛 Massen, dann gibt es im Allgemeinen mindestens 𝑛−1 Nullen (in 1d genau 𝑛−1 Nullen) des Feldes, alle isoliert, innerhalb der konvexen Hülle dieser Massen und keine davon stabil.

Alle diesbezüglichen Fragen stellen sich die Frage, ob es für ein makroskopisches Objekt, typischerweise einen Astronauten oder ein Raumschiff, eine echte Schwerelosigkeitssituation gibt . Ja, es wird Orte mit einem gravitischen Äquipotential der Größe Null geben, aber Sie könnten dort nicht einmal ein einzelnes Atom unterbringen, geschweige denn ein tatsächliches Objekt.
@PcMan ja, das ist die Natur mathematischer Punkte, und bei festen Objekten müssen wir nur ihren Massenschwerpunkt auf diesen Punkt bringen, damit die Nettobeschleunigung Null ist.
Wie passt man ein Objekt mit Dimensionen ungleich Null an, um es genau an einem dimensionslosen Punkt (oder einer Linie) auszurichten? Auch nur eine Plancklänge entfernt, und Sie sind aus der "Null"-Position heraus. Ein makroskopisches Objekt (oder seinen Massenmittelpunkt) auf einen dimensionslosen Punkt zu legen, ist so unsinnig, als würde man jemanden bitten, einen Messstab herzustellen, der genau einen Meter lang ist und keine Abweichung aufweist. Das Universum tut solche Dinge nicht, außerhalb von Mathematikbüchern.
Ich finde das sowohl faszinierend als auch nutzlos, weil es etwas ist, das in praktischer Hinsicht für kein reales Mikro- oder Makroobjekt auftritt. Vielleicht ist seine größte Relevanz (abgesehen von theoretischer Kosmologie und Modellentwicklung) das Konzept und auch diese Art von Skalarkraftkarten, die (möglicherweise riesige) Gravitationsregionen vorschlagen, "so klein, aber ungleich Null", wie Sie möchten.
Diese Antwort ist von Anfang bis Ende falsch 1) Das skalare Gravitationspotential ist sowohl in der Newtonschen als auch in der Einsteinschen Gravitation augenblicklich. 2) es ist nicht die "Divergenz", sondern der Gradient des Skalarpotentials.
@Kostas Ich denke, "Anfang bis Ende" übertreibt unnötig. Ich habe "Divergenz" und "Gradient" genauso gemischt wie "ItsI" und "It's", meine Worte kommen nicht immer richtig heraus. Einmal die Laplace-Gleichung lösen und bekommen ϕ ich kann schreiben ∇ ϕ und nennen Sie es "del", ohne "Gradient" laut sagen oder gar tippen zu müssen. Aber ich glaube Ihnen noch nicht, dass die Schwerkraft augenblicklich ist und von außerhalb des beobachtbaren Universums kommen kann. Können Sie dafür eine Quelle nennen oder zumindest auf eine maßgebliche und gut aufgenommene Stack Exchange-Antwort verlinken? Danke!
@uhoh Es gibt endlose Diskussionen im ganzen Netz darüber. Normalerweise fragen sie: Wenn die Erde von der verzögerten Position der Sonne angezogen würde, würde sie dann nicht sehr schnell langsamer werden? Und die Antwort ist noch, es wäre, aber das Skalarpotential ist augenblicklich, siehe hier math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/grav_speed.html Über Objekte außerhalb des beobachtbaren Universums ist es Unsinn, überhaupt darüber zu sprechen it: So funktioniert GR nicht.
Da Sie Drive-by-Downvotes nicht mögen, erkläre ich mein Downvote. (1) Ich stimme @Kostas zu. (2) Beschleunigen in Bezug auf was? Ihre Antwort setzt implizit das Newtonsche Konzept universeller Trägheitsbezugsrahmen voraus. (3) Wir wissen, dass das Universum nicht so funktioniert. GR scheint die Funktionsweise des Universums zu sein. (GR hat möglicherweise nicht recht; Physiker gehen aus mehreren Gründen größtenteils davon aus, dass es nicht ganz richtig ist. Aber dieser Bruchpunkt wurde noch nicht gefunden.)
@DavidHammen vielleicht ja, ich werde weiter darüber nachdenken. Ich habe eine Frage in der Astronomie (oben verlinkt) geöffnet, um mehr Raum für Erklärungen zu schaffen
Jemand macht drei Fehler in drei Sätzen, erkennt zwei davon an, korrigiert seine Antwort aber nicht, um sie zu korrigieren, und besteht dann darauf, dass der dritte Satz sowieso richtig ist ... schreiben Sie Ihre Antwort um, und wenn es noch etwas zu besprechen gibt, komme ich vielleicht zurück.
@Kostas Ich habe die andere Frage gepostet, um mir ein klareres Bild von dem Thema zu machen. Ich bin mir noch nicht sicher, wie ich den Wortlaut anpassen/verfeinern soll, damit er für alle gleichzeitig akzeptabel ist. Nicht jeder spricht volles GR und nicht alle Antworten zur Weltraumforschung umfassen vollständige GR-Lösungen für jedes Problem. Ich dachte, ich hätte es auf Farbverlauf umgestellt, aber es scheint, dass ich es nicht getan habe. Vielleicht habe ich auf Klarheit über die anderen Dinge gewartet und sie dann vergessen. Das ist einfach zu beheben.
@Kostas Aber ich erkenne noch nicht an, dass Dinge außerhalb des sichtbaren Universums immer noch an uns ziehen, und einfach "So funktioniert GR nicht" ist für mich an und für sich weder überzeugend noch hilfreich. Wollen Sie damit sagen, dass es in GR keine Nullstellen bei der Beschleunigung gibt, wie es bei der Newtonschen Gravitation der Fall ist? Wollen Sie damit sagen, dass es in GR keine Beschleunigung gibt? Ihre Kommentare sind weder aufschlussreich noch umsetzbar (mit Ausnahme des Gradientenbits). Bitte erläutern Sie dies auf aufschlussreiche und umsetzbare Weise. Danke!
@uhoh Der zweite Fehler war: "Die Schwerkraft bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit" - ich habe Ihnen eine seriöse Quelle zur Verfügung gestellt, dass sich das Skalarpotential (worüber wir hier sprechen) nicht verzögert ausbreitet.
@uhoh Und zum Dritten sage ich nicht, dass das Zeug außerhalb des sichtbaren Universums immer noch an uns zieht, nur dass es unmöglich ist, das zu messen, und daher Unsinn, darüber zu reden.
@Kostas in meiner begrenzten Kapazität kämpfe ich immer noch mit Gravitationswellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, aber das skalare Potenzial ist augenblicklich, aber das ist mein eigener Kampf und ich muss irgendwie damit umgehen. Es scheint, dass mir bereits gesagt wurde, dass ich keine Verzögerung verwenden soll , und dann habe ich hier keine Verzögerung angenommen . Ich habe den Wortlaut von Punkt 1 angepasst; was nur ansprechen soll, dass es mehr Universum als beobachtbares Universum gibt.
@Kostas SE-Antworten können manchmal unvollkommen sein; Hat sich diese Antwort einem Maß an Erträglichkeit angenähert, das Sie akzeptieren können? Wenn eklatante Fehler bleiben, lassen Sie es mich bitte wissen. Danke! Zu Ihrer Information, ich habe gerade gefragt, warum sich Gravitationswellen "nur" mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, aber das skalare Gravitationspotential ist augenblicklich? und verwies dort auf meine Schelte hier.
Es gibt nichts Nützliches, was hier oder in diesen neuen Q, die Sie zu Astronomie gefragt haben, darüber gesagt werden kann. SE - erfordert ein vollständiges Verständnis von GR. Wenn @Ben-Crowell Ihnen sagt, dass es falsch ist zu sagen, dass das skalare Potenzial in GR augenblicklich ist, hat er auch Recht. Bitte akzeptieren Sie zumindest, dass Sie Newton nicht verbessern können, indem Sie eine Verzögerung hinzufügen?
@Kostas Mein vorheriger Kommentar "Es scheint, dass mir bereits gesagt wurde, ich solle keine Verzögerung verwenden, und dann habe ich hier keine Verzögerung angenommen." und seine Links haben das bereits getan.
Ist die in der ISS erlebte Schwerelosigkeit die "künstliche" Art?
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