Beiträge von Kalle66 im Thema „Relativitätstheorie“

Kalle66 · 4. November 2008

Hi Helmut,
nicht lustig, nicht neu aber off-topic.
Mach doch einen neuen Fred darüber auf. Geeignete Foren sich über Tierschutz zu unterhalten sollte es doch geben, oder?
Ob der Astrotreff dafür der richtige ist, bezweifle ich jetzt mal.

Gruß

Kalle66 · 2. November 2008

Sorry Helmut,
Hans (und seine Aussage) war gemeint.

Kalle66 · 2. November 2008

Moin Helmut, (Edit: Hans, naütlich, sorry Helmut)
Du hast gerade von "über geradelinig gleichförmige Bewegung lagert sich eine beschleunigte Bewegung" geredet??? Oder lese ich Gespenster....

Alternativ könnte man auch von offenen Systemen reden. Klar gilt dann gar nichts mehr, wenn man sich das zugehörige System zurechtbiegt. Das erinnert mich an die Schulmathematik, wo man sich via eigenwillige Auslegungen der Definitionsmenge über die Schwächen der gerade geführten Beweisführung hinweghalf.

Beruhigend ist, dass Dir das anscheinend bewusst ist. Man redet damit nicht gegen eine Wand.[;)]

Gruß

Kalle66 · 1. November 2008

Hans,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...Über eine geradelinig gleichförmige Bewegung lagert sich eine beschleunigte Bewegung, beide sind voneinander unabhängig.
In der Praxis heisst dies: Ob ich in einem stillstehenden oder gleichmässig fahrenden Zug nach vorne oder nach hinten loslaufe, ich brauche immer gleich viel Energie...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Genau da ist Dein Denkfehler. Die Bewegung des Zuges ist ebenfalls beschleunigt, wenn ein Insasse sich anfängt zu bewegen. Dieser drückt sich am Zug ab. Du kannst die Berechnung der kin. Energie nicht überlisten. Allerdings in einem beschleunigten Bezugssystem (dem Zug halt) sieht es wirklich so aus, als ob das nach vorne gehen genauso schwer ist, wie das nach hinten gehen.
Das ist die ganze Krux mit dem Transformieren der Bezugssysteme. Wenn schon die Annahme falsch ist...

Gruß

PS: Ich habe es schon mal gesehen, wie ein ungebremster Eisenbahnwaggon von einer Rampe nur deshalb wegrollte, weil der darauf stehende LKW runterfahren wollte. Der hing dann plötzlich in der Luft.

Kalle66 · 31. Oktober 2008

Hi Helmut,
ich dachte an den Vergleich, mit dem Auto und dem Schwungrad. Da wird ein Motor sozusagen leistungsmäßig überdimensioniert, wenn man die Anfangsbeschleunigung nimmt, um am Ende festzustellen, dass selbst mit der Energie des Schwungrades irgendwann Schluss mit der Beschleunigung ist. Auf's Raumschiff umgedacht: Die Brennschlussgeschwindigkeit des Raumschiffes (also wie schnell ist es, wenn der Treibstoff alle ist) hängt nur von der Strahlmassengeschwindigkeit und dem Massenverhältnis ab, nicht von der Triebwerksleistung. (Jetzt mal im Weltraum, ohne KO-Kriterium, die Erdanziehung anfänglich überwinden zu müssen.) Mehr Leistung heißt nur, dass ich schneller auf das besagte Tempo komme, aber deshalb am Ende nicht schneller bin.

Gruß

Kalle66 · 31. Oktober 2008

Hallo Hans,
zum Thema Leistungskonstanz habe ich doch schon geschrieben, was es damit auf sich hat. Wenn ich bei einer Rakete am Start 100% Motorleistung dazu verwende 90% Strahlmasse zu befördern, dann ist das keine Nutzleistung, die dem Raumschiff zu Gute kommt. Mit leerem Tank, wäre ja die 10-fache Beschleunigung möglich. Nun gut, das ist kein Trick, sondern schlichtweg Notwendigkeit, zeigt aber die Grenzen der Raketentechnik. Könnte man die Strahlmasse während des Fluges von einem Versorgungsraumschiff aufnehmen, sähe die Sache nämlich ganz anders aus, da wäre Beschleunigungskonstanz gegeben. Wobei hier das Problem aufs Versorgerschiff übergeht. Für Triebwerke, die die Strahlmasse unterwegs erst aufsammeln müssen (z.B. Flugzeuge) nimmt dann die Beschleunigung mit zunehmender Geschwindigkeit wieder ab.

Gruß

EDIT: Helmut, sehe gerade Deine nachfolgendes Posting. Wollte es nicht vorwegnehmen.

Kalle66 · 31. Oktober 2008

Hallo Stefan,
betrachte eine Rakete mal als Blackbox. Die Strahlmasse (egal auf welche Weise beschleunigt, per Erhitzung im Dampfkessel, als Verbrennunggas, ionisiertes Plasma) wird nach hinten mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgestrahlt (und einer bestimmten Menge/Masse je Sekunde).

Es gilt Impulserhaltung:
Beispiel: ISS schwebt mit 7,9km/s durchs All, eine Luftdruckflasche hat Leckage und strahlt 10g/s mit 20m/s ab. Impuls der abgestrahlten Gase: In Bezugsystem ISS: 0,01*20=0,2, dieser Impuls wird auf die ISS übertragen und beschleunigt diese, obwohl sie schon 7900m/s hat.

Allgemein
m0(Rakete voher)*v0(Rakete voher) = m1(Rakete nachher)*v1(Rakete nachher) + m(Strahlmasse=m0-m1)*v(Strahlmasse) (v inkl. Richtungsangabe/Vektor)

Mit keinem Wort geht es um Kammerdruck oder ähnliches. Das ist eine völlig andere Baustelle und ein Kapitel für sich. Wie beschleunige ich die Strahlmasse möglichst effizient. Brenntemperatur, spezifische Masse der Strahlmasse, Austrittsöffnung, warum eine Düse.

Kurzer Anriss:
Eine einfache Öffnung lässt Gas nicht schneller heraus als Schallgeschwindigkeit. Eine Düse nutzt die brennkammerbedingte Druckenergie, umgeht das Problem der Schallgeschwindigkeit und wandelt diese in Strahlgeschwindigkeit um. Technisch wird die Strahlmasse entspannt und gerichtet. Ideal ist, wenn die Strahlmasse keinen Überdruck gegenüber der Umgebung hat (Im All also möglichst klein wird). Rest-Druck ist Energie- und Impulsverschwendung, denn er würde sich nach Austritt in alle Richtungen gleich abbauen. Zum Düsenprinzip: Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Lavald%C3%BCse

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ist die Kammer hinten offen, so wirkt der durch die Verbrennung auferhaltene Druck nur auf die der Austrittsfläche gegenüberliegende Seite.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
In einer Druckkammer ist die Belastung in alle Richtungen gleich groß. Also Vorsicht, er wirkt in alle Richtungen bis auf die Öffnung.

Gruß

Kalle66 · 31. Oktober 2008

Hallo Kurt,
wie gesagt: Auch bei Raketen gilt: In doppelter Geschwindigkeit steckt die vierfache Energie. Es sei denn, man ist nur noch halb so schwer. Und diese Energie muss man auch bereitstellen.

Deine Leistungskonstanz der Triebwerke erklärt sich dadurch, dass zu Beginn, bei einem Masseverhältnis von Start-/Endmasse von angenommenen 10, die Leistung des Triebwerks zu 90% in die Bescheunigung der Treibstoffe fließt und nur 10% in die Rakete/Nutzlast, dagegen am Ende dann zu 100% in die Raketenbeschleunigung. Ich speichere kin. Energie also zunächst dadurch, dass ich die mitgeführte Strahlmasse auf Raketengeschwindigkeit mitbeschleunige, bevor ich sie via Düse nach hinten wegschleudere und Teile dieser zwischengespeicherten kin. Energie dadurch wieder frei setze.

Im Autobeispiel, wäre das so, als ob ich 100 kW im Motor habe, aber nur 10 kW für die Anfahrt nutze, den Rest pumpe ich zunächst in ein Schwungrad, dass ich peu a peu bei Tempo 150 dazuschalte. Klar kann ich so bei konstanter Leistung eines Motors dann eine konst. Beschleunigung sicherstellen. Allerdings nur für einen vorab def. Zeitraum. Danach ist die Maschine ausgepumt.

Der Begriff konst. Leistung ist dann allerdings eine Mogelpackung. Bezogen auf die Nutzlast(=Endmasse)/Fahrzeugmasse ist sie eben nicht konstant.

Ich hoffe, das 'Verwirrspiel' aus "quadratischem Geschw.-Bezug der kin. Energie" und "Schub-/Leistungs-/Beschleunigungskonstanz" lösst sich jetzt auf.

Gruß

Kalle66 · 31. Oktober 2008

Hallo Kurt,
aber Du verwechselt jetzt wieder Energie mit Impuls. Die zur Beschleunigung nötige Schubkraft wird im Raketenmotor mittels Impuls (wegschleudern von Gas nach hinten) erreicht. Außen vor bleibt, wieviel Energie im Gas steckt. Im Weltraum sammelt es ja keiner ein. Außerdem wird, wie Du sagtest die Rakete leichter. Würde ein Auto leichter, könnte es auch die letzten 20km/h (fast) so beschleunigen wie zu beginn. Energietechnisch ist eine Rakete ein offenen-physikalisches System, solange ich den Werdegang der abgestrahlten Gase nicht mit einbeziehe. (Sammle die also ein, steck sie in einen Tank und lasse sie irgendwo im Bezugsystem auftreffen - ganz mächtig rummst es dann.)

Gruß

Hallo Jürgen,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Doch, das kann stimmen, denn die rakete beschleunigt nur so lange, bis die geschwindigkeit der ausgestossenen Gasse aus dem Antrieb die selbe geschwindigkeit hat wie das Flugzeug, dann gibt es keine beschleunigung mehr. Um aber noch schneller zu fliegen, musst du einen Antrieb bauen, der einen noch schnelleren Rückstoß ermöglicht Das ist das Rückstossprinzip. Die kraft die nach vorne wirkt ist immer abhänging von der Kraft die nach hinten wirkt. Willst du als mit einem Rückstoss weiter fliegen als wie bisher musst du mehr Kraft dafür aufwenden.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Einfach im Detail falsch, im Ergebnis (fast) richtig. Raketen fliegen seit Anbeginn selbst schneller, als ihre Abgase hinten aus der Düse kommen. So etwa 7900 m/s wären schon nötig für ein Andockmanöver an der ISS, und dass schafft kein chemisches Triebwerk. Die Abgasstrahlgeschwindigkeit bestimmt als Faktor die erreichbare Endgeschwindigkeit, das ist richtig, aber nicht als einziger Faktor.

Gruß

Kalle66 · 30. Oktober 2008

Helmut, Woaaa!

wann hast Du denn diesen Text komponiert. Mal eben aus der Tastatur gekitzelt? Oder war's (D)eine Diplomarbeit im Resumee-Stil? So ins Detail hätte ich in der Kürze das nicht hingekriegt. Da wären erst mal 2 Tage lesen im schlauen 'Pfadfinder-Handbuch' nötig gewesen.

Immerhin, bestätigst Du meine Grundaussage. Leistung ist nicht Schub.

Gruß

PS: Sorry Kurt, Triebwerksleistung (Schubleistung) meint genaugenommen Schubkraft und auch nicht Schubimpuls. Wird heute noch verschiedentlich in Kilopond angegeben. Richtig wäre ja Newton*Sekunden aus m*v (Kraftsekunden) je Sekunde (spezifische Einsatzzeit). Der Impuls (Kraftsekunden) ist die daraus resultierende Größe aus der gesamten Raketenzünddauer und der Dimensionierung der Triebwerke (gemessen in Schubkraft).
Zum Start von der Erde aus, muss man mit der Schubkraft die Anziehungskraft überwinden. Im Weltraum gehts dann ohne die Einschränkung. Flugzeuge müssen mit der Schubkraft, Rollreibung und Luftwiderstand überwinden, sonst heben sie nicht ab...

PS: Hier ist mir ein Link beim Stöbern aufgefallen, der genau zeigt, was mit einer Rakete so alles passiert. http://www.tu-braunschweig.de/Medien-DB/ifdn-physik/kap9.pdf
oder auch andere physikalische Grundlagen: http://www.tu-braunschweig.de/…DB/ifdn-physik/index.html durchblättern bis inhalt.pdf und den kapxx.pdf-Dateien.

Kalle66 · 30. Oktober 2008

Hallo,
verwechselt bitte nicht Impuls mit Energie:
Einen Stein werfen, erzeugt Impuls, der dem bereits fliegenden Auto entnommen wird (Ohne Reibung ist die Summe der Impulse vor dem Steinewurf = nach dem Steinewurf.) Das Auto wird dadurch also langsamer. So ... jetzt kannst Du selbst die Energie berechnen: E(Stein mit 1 Kilo) und v=(x+10km/h) + E(Auto) mit v'=(x-1/100km/h) abzgl. Wurfenergie (E=0,5*1kg*10km/h^2) ergibt dann E(auto voher).

Gleiches gilt für Raketenantriebe. Die brennen mit konstanter Schubleistung bei abnehmenden Fluggewicht der Rakete, denn die Treibmasse, die hinten per Impuls weggeschleudert wird, macht die Rakete ja auch leichter. Schau Dir diesbezüglich mal die Raketengleichungen mal an. Verwechsle hier nicht Schub(impuls) mit Leistung/Energie. Und nicht die Restgeschwindigkeit der abgestrahlten Gase vergessen...
Wenn man Raketenmotoren dann anschaut, dann kommt es nur auf die Abstrahlgeschwindigkeit der Abgase an und auf das Verhältnis von Start zu Endgewicht. Die Abgasgeschwindigkeit ist abhängig vom Molekulargewicht (je leichter, desto schneller, 2*H2+O2 zu 2*H2O ist die leichteste chemische Variante, ansonsten H-Plasma, anderweitig erhitzt oder beschleunigt.) und der Temperatur und natürlich einer perfekt dimensionierten Düse (also Expansion auf Umgebungsdruck um nicht im Überdruck Energie zu vergeuden.)
Das ist der große Vorteil in Effizienz eines Ionenantriebs, der elektrische Felder zur Gasbeschleunigung einsetzt gegenüber thermischer Verbrennung. Nicht die Brenndauer, nur das Massenverhältnis und die Abstrahlgeschwindigkeit bestimmen die Endgeschwindigkeit.

Gruß

Kalle66 · 30. Oktober 2008

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Kalle,
Auf einen ruhenden Körper oder einen mit konstanter Geschwindigkeit überlagert sich eine Beschleunigung. Beide sind voneinender unabhängig. Beispiel: Auf dem Aequator beträgt die Geschwindigkeit eines stillstehenden Autos in östlicher Richtung 1666 km/h. Trotzdem braucht es gleichviel Energie, um auf 100 km/h zu beschleunigen, in welcher Richtung es auch losfährt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

...und da sind wir wieder beim Bezugssystem.

Gruß

PS: Die Erdoberfläche ist übrigens ein verdammt mieses Bezugssystem, da dies durch den laufenden Richtungswechsel als ein beschleunigtes Bezugssystem gilt. Wir fahren also Karusell, Spaceshuttle-Piloten 'geben Gas' um langsamer zu werden und 'bremsen' um näher an die ISS heranzukommen. Und das alles nur, weil das Bezugssystem ein beschleunigtes im Kreis drehendes ist.

PPS: Dein Autobeispiel: Also meine Karre müsste dann ständig schrottreif sein, wenn es schon beim Parken mit 1666km/h gegen die Mauer knallt.[:D]

Gruß

Kalle66 · 30. Oktober 2008

Hallo Hans,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Wie erklärst Du dies?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Beispiel:
Kleinwagen 1000kg beschleunigt von 0 auf 36km/h (10m/s) in 2 Sekunden. Die Beschleunigung a=5 m/ss soll nun dauerhaft konstant gehalten werden, um immer schneller zu werden.

Energiebedarf in der 1. Sekunde von 0 auf v=a*t = 5m/s
=> E=0,5mvv = 1000*5*5/2=12500 Joule (hier 12,5 KW Leistung ->Ente schafft das noch)

Energiebedarf in der 11. Beschleunigungssekunde von 50m/s auf 55 (180km/h auf 198):
E(180)= 1000*50*50/2=1250000 Joule
E(198)= 1000*55*55/2=1512500 Joule
Die Differenz würde in dieser 11. Sekunde also als Energie benötigt: 262,5KJ (hier 262 KW Leistung, nur "tiefergelegt" reicht nicht mehr, Lachgas zugeben).

Ergo: Ein Auto schafft vielleicht die ersten Sekunden mit 0,5-facher Erdbeschleunigung, so nach 10 Sekunden fehlt dann aber die nötige Leistung, so ab 100 Sekunden bräuchte man schon 2,5 Megawatt, so ab 17 Minuten dann 25 Megawatt und nach 30 Stunden (~100.000s) reicht die Energie eines AKW schon nicht mehr um die Beschleunigung einfach nur konstant zu halten (um in einer Sekunden von 500km/s auf 500,005km/s mit dem Kleinwagen zu kommen.

Gruß

Alles hier noch deutlich im konventionellen nicht-relativistischen Bereichen also ohne Korrektur a la SQR(1-vv/cc).

Kalle66 · 30. Oktober 2008

Hallo Leeson,
für die Raumfahrer im Raumschiff ändert sich nix. Deren Obstwaage zeigt immer noch das Gleiche an.
Für einen Aussenstehenden: Direkt kann er die Masse nicht messen. Wie denn auch, wenn sie mit 10% LG wegfliegt. Würde er die kin. Energie nach Newton berechnen, die im Raumschiff steckt, kämen relativistie Effekte hinzu, die das Raumschiff schwerer erscheinen lassen, als es ist.
aus der Geschwindigkeit v wird v', aus der Länge lin Flugrichtung wird l', aus der Masse m wird m'.

Gruß

Kalle66 · 30. Oktober 2008

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Jetzt muß ich mal die Frage stellen.
Wie würde sich solche Massezunahme bemerkbar machen an einem Raumschiff<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Gegenfrage, wie willst Du so schnell werden?
Beschleunigung benötigt eine Kraft, die auf die zu beschleunigende Masse wirkt. Mitgeführte Energie müsste man im Raumschiff in Schub umwandeln (Also dazu benutzen, dass man nach hinten Masse wegschleudert. Anders, wenn man sich an einer Art Schiene, Feld abstoßen kann. Hier könnte die Energie von außen bereit gestellt werden.

Egal wie Du rechnest, schon mit der klassischen Physik nimmt die Energie zur Aufrechterhaltung einer konstanten Beschleunigung ständig zu. Von 0 auf 10 ist halt mit weniger Energie zu schaffen als von 100 auf 110. Die relativistische Transformation, die besagt, dass man mit zunehmender Geschwindigkeit auch 'schwerer' wird, stellt im Ergebnis sicher, dass egal wieviel Energie du einsetzt, nie LG erreichen wirst. Du pumpst sie in die (relativistische) Massenzunahme (Eigentlich ein Begriff, der nur falsch interpretiert werden kann, denn die Masse bleibt ja unverändert für den Mitreisenden.

Aber deswegen macht es auch einen himmelweiten Unterschied, ob ein Proton in einem Beschleuniger mit 95% oder mit 99% LG unterwegs ist. Das ist nicht nur 4% schneller/energiereiche, sondern - simpel gesagt - 5 mal näher an der LG und entsprechend energiereicher.

Zuletzt noch ein Anmerkung: Messen heißt etwas mit einem "Normal" vergleichen. (Eine Prüfgewicht, ein Metermaß, eine Uhr etc.) Wo soll da der Mitreisende den Unterschied merken? Das Metermaß wird in Flugrichtung kürzer, die Uhr läuft langsamer... - allerdings nur für einen stillstehenden Außenstehenden bemerkbar. Es kommt immer auf das Bezugssystem an.

Ganz ohne Einstein, kennt jeder das Problem mit Bezugsystemen, wenn er im Karusell von Fliekraft spricht. Da meint man, eine Kraft zieht einen nach außen. Pustekuchen: Da ist keine Kraft, die einen nach außen zieht, es ist nur die Trägheit der kreisenden Masse. Umgekehrt sogar, das Karusell übt eine Kraft nach innen (Zentripetalkraft) auf den Fahrgast aus, damit er im Kreis gehalten wird und eben nicht aus der Gondel fliegt.

Kalle66 · 29. Oktober 2008

Hi,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Stimmt,
denn die Masse ist durch das Volumen und die Dichte definiert.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Definition von Masse? Dann hätte die Menscheit sich jetzt den CERN-Teilchenbeschleuniger ja sparen können. Du meinst vielleicht eine Art der Berechnung, aber nicht die einzige. Mit den Kepler'schen Gesetzen geht es aber auch ohne Wissen der Dichte und des Volumen, z.B. für Himmelskörper.

Masse ist bisher eine Eigenschaft unserer Materie. Wie die Ruhemasse zustande kommt, weiß man eben nicht. Bestimmte Teilchen haben sie, andere (z.B. Photonen) haben sie nicht. Massebehaftete Teilchen erreichen niemals Lichtgeschwindigkeit, d.h. ein Photon z.B. kann ihnen immer mit Lichtgeschwindigkeit in Flugrichtung davon fliegen.

Gruß

Hi Rudi,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ganz Einfach,stoss ein Auto gegen eine Wand,was passiert,
ein Kratzer.Mach das selbe mit 200Kmh,gleich Schrot.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Energie aus Tempo 200 mit 1300kg (Golfklasse)~2Megajoule
Das reicht zum Demolieren des Autos oder für knappe 5 Liter Kaffee (von 0° auf Kochtemperatur). Oder für beides, wenn noch 5cl Rest-Benzin im Tank zu brennen anfangen.

Gruß