Fragen zur Gravitation < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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| Aufgabe 1 | | A) Ein Koerper wiegt 200N in Bezug auf die Erde. Wieviel wiegt die Erde in Bezug auf den genannten Koerper? |
| Aufgabe 2 | | B) Das Newtonsche Gravitationsgesetz besagt, dass Koerper in Proportion zu ihrer Masse angezogen werden. Warum fallen dann schwerere Koerper nicht schneller als langsamere? |
| Aufgabe 3 | C) Die Gravitationskraft die die Sonne auf den Mond ausuebt ist fast doppelt so gross wie die Gravitationskraft, die die Erde auf den Mond ausuebt.
Warum kreist der Mond dann nicht um die Sonne? |
| Aufgabe 4 | | D) Warum kann der Orbit eines Satelliten nicht parallel zu einem der Breitengrade (nicht der Aequator) folgen, sondern muss immer das Zentrum der Erde passieren? |
| Aufgabe 5 | | E) Man weiss, dass die Anziehungskraft der Sonne auf die Erde 175 mal groesser ist als die Anziehungskraft des Mondes auf die Erde. Warum machen wir dann den Mond fuer die Gezeiten verantwortlich und nicht die Sonne? |
| Aufgabe 6 | | F) Wie wuerden sie erklaeren, dass ein Satellit beim Wiedereintritt in die Atmosphaere verglueht, nicht aber beim Aufsteigen? |
| Aufgabe 7 | | G) Wissend, dass die Erde sich am 21 Juli im Aphel befindet, ist der Winter auf der Suedhalbkugel laenger oder kuerzer als der Winter auf der Nordhalbkugel? |
| Aufgabe 8 | | H) Wenn Astronauten Ausseneinsaetze machen, sind sie durch ein Kabel mit der Raumstation verbunden. Warum ist dies notwendig? |
| Aufgabe 9 | | I) Ein Kilo Reis enthaelt wo mehr Koerner. Am Pol oder am Aequator? |
Hallo! In der Fragestellung einige Fragen zur Gravitation (Ich weiss, man sollte nur eine Frage stellen. Aber es wirkt zu aufgeblaeht dafuer mehrere Diskussionen aufzumachen).
Es sind theoretische "Verstaendnisfragen". Ich habe zu jeder Frage auch schon eine Antwort formuliert. Waere toll wenn jemand meine Antworten auf Korrektheit ueberpruefen koennte und eventuell noch ergaenzende Informationen liefern koennte!
Meine Antworten:
Zu A) Ich wuerde die Frage interpretieren als: Wenn die Sonne auf einen Koerper eine Anziehungskraft von 200 N ausuebt. Was fuer eine Anziehungskraft wirkt dann der Koerper auf die SOnne aus?
Meine Antwort: Ebenfalls 200N, aufgrund des Prinzips von Aktion-Reaktion. (Die Richtung der Kraft ist allerdings genau entgegengesetzt)
zu B) Hier denke ich, dass schwerere (bzw "massereichere") Koerper prinzipiell schneller fallen als leichtere "masseaermere". Allerdings schaetze ich, dass der Unterschied im Hinblick auf die Gesamtmasse der Erde so unglaublich klein ist, dass er nicht ins Gewicht faellt und wir demzufolge ohne messbaren Fehler davon ausgehen koennen, dass alle Koerper auf der Erde gleich schnell fallen.
zu C) Dies halte ich fuer eine Fangfrage. Im Endeffekt kreist der Mond doch um die Sonne, oder? Allerdings in einer durch die Erde verursachten "Spiralfoermigen" Bahn.
zu D) Hier haette ich gesagt es liegt daran dass die Gravitation eine Zentralkraft ist, und man bei der Berechnung davon ausgeht dass die gesamte Masse der Erde im Zentrum vereint ist. Ein Satellit kreist nun um dieses "Massezentrum" und muss demzufolge einer Bahn folgen die durch das Zentrum der Erde geht.
zu E) Aufgrund der grossen Entfernung zur Sonne. Salopp gesagt fallen die 12800 kilometer zwischen sonnenzugewandt und sonnenabgewandt nicht mehr ins Gewicht, die Gravitationskraft die die Sonne auf sonnenzugewandte und sonnenabgewandte SEite der Erde ausuebt ist als fast gleich anzusehen.
Beim Mond hingegen - aufgrund des deutlich geringeren Abstands zur Erde - fallen diese 12800 Kilometer doch ins Gewicht.
zu F) Wenn eine Rakete startet und die Erde verlaesst, baut sie langsam die benoetigte Geschwindigkeit auf (Startet mit v=0). Waehrend sie die
benoetigte Geschwindigkeit aufbaut, sinkt aber die Dichte der Atmosphaere mit zunehmender Hoehe und damit auch die (Luft-)Reibungskraft.
Die Rakete erhitzt sich also nicht so stark.
Beim Wiedereintritt allerdings kommt ein gegenteiliger Effekt zur Wirkung. Der Satellit startet nicht mit v=0, sondern hat bereits eine sehr
grosse Anfangsgeschwindigkeit. Die Luftreibung allerdings nimmt ZU je mehr er sich der Erdoberflaeche naehert und die Geschwindigkeit nimmt nur
ab aufgrund dieser Reibung. Aufgrund der hohen Reibung erhitzt sich der Satellit sehr stark.
zu G) Aus Kepplers zweitem Gesetz folgt, dass der Winter auf der Suedhalbkugel laenger ist. Im Aphel bewegt sich die Erde langsamer als im Perihel.(R*v = konstant). Im Winter auf der Nordhalbkugel befindet sich die Erde im Perihel, der winter geht demzufolge auf der Nordhalbkugel schneller
vorbei als auf der Suedhalbkugel.
zu H) Ich wuerde sagen aus Gruenden der Gravitation ist es nicht notwendig. Zwar wird die Raumstation etwas mehr von der Erde angezogen (aufgrund der hoeheren Masse), allerdings ist der Unterschied minimal. Ausserdem zieht auch die Raumstation den Astronauten an (ebenfalls minimal).
Aus anderen Gruenden allerdings ist es notwendig. Bei einer falschen Bewegung ("Abstossbewegung") koennte der Astronaut ins Weltall driften.
Auch koennten ihn im Orbit kreisende Kleinstpartikel den noetigen Impuls geben um ihn von der Raumstation zu entfernen.
zu I) Am Aequator. Dies hat 2 Gruende.
Erstens: Die Erde ist etwas "gequetscht", sodass der Radius Kern-Aequator hoeher ist als der Radius Kern-Pol. Demzufolge ist die Erdbeschleunigung am Pol hoeher als am Aequator.
Zweitens: Am Aequator wird die Erdbeschleunigung von der Fliehkraft (aufgrund der Rotation der ERde) etwas abgeschwaecht. Am Pol allerdings
gibt es diesen abschwaechenden Faktor der FLiehkraft nicht.
Aus 1 und 2 folgt: Ein Reiskorn wiegt am Pol mehr als am Aequator, demzufolge enthaelt ein Kilo am Pol weniger Reiskoerner.
Vielen Dank schonmal im Vorraus!
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Hallo!
Das mit den mehreren Aufgaben ist kein Problem, es sind ja eher einfachere Aufgaben, da ist das so wirklich kompakter.
Nun,
> Zu A) Ich wuerde die Frage interpretieren als: Wenn die
> Sonne auf einen Koerper eine Anziehungskraft von 200 N
> ausuebt. Was fuer eine Anziehungskraft wirkt dann der
> Koerper auf die SOnne aus?
> Meine Antwort: Ebenfalls 200N, aufgrund des Prinzips von
> Aktion-Reaktion. (Die Richtung der Kraft ist allerdings
> genau entgegengesetzt)
Richtig, das mit der umgekehrten Richtung ist auch sehr gut!
>
> zu B) Hier denke ich, dass schwerere (bzw "massereichere")
> Koerper prinzipiell schneller fallen als leichtere
> "masseaermere". Allerdings schaetze ich, dass der
> Unterschied im Hinblick auf die Gesamtmasse der Erde so
> unglaublich klein ist, dass er nicht ins Gewicht faellt und
> wir demzufolge ohne messbaren Fehler davon ausgehen
> koennen, dass alle Koerper auf der Erde gleich schnell
> fallen.
Neee. Warum wird man denn in schwerere Autos auch einen größeren Motor einbauen?
>
> zu C) Dies halte ich fuer eine Fangfrage. Im Endeffekt
> kreist der Mond doch um die Sonne, oder? Allerdings in
> einer durch die Erde verursachten "Spiralfoermigen" Bahn.
So kann man das sagen. Letztendlich überlagern sich die beiden Bewegungen um Sonne und Erde, genauso, wie sich die Gravitationskräfte überlagern.
>
> zu D) Hier haette ich gesagt es liegt daran dass die
> Gravitation eine Zentralkraft ist, und man bei der
> Berechnung davon ausgeht dass die gesamte Masse der Erde im
> Zentrum vereint ist. Ein Satellit kreist nun um dieses
> "Massezentrum" und muss demzufolge einer Bahn folgen die
> durch das Zentrum der Erde geht.
Korrekt. Zentralkraft heißt, daß die Kraft immer zum Mittelpunkt der Erde zeigt. Das mit der Berechnung ist dabei gar nicht so wichtig - daß man eine Vollkugel auch als Punktmasse mit gleicher Masse auffassen kann, ist interessant und vereinfacht das Leben, aber erforderlich ist das hierfür nicht. (Könnte ja sein, daß das Gesetzt anders lautet, ala "durch Punktmasse, die doppelt so schwer ist, ersetzbar")
>
> zu E) Aufgrund der grossen Entfernung zur Sonne. Salopp
> gesagt fallen die 12800 kilometer zwischen sonnenzugewandt
> und sonnenabgewandt nicht mehr ins Gewicht, die
> Gravitationskraft die die Sonne auf sonnenzugewandte und
> sonnenabgewandte SEite der Erde ausuebt ist als fast gleich
> anzusehen.
> Beim Mond hingegen - aufgrund des deutlich geringeren
> Abstands zur Erde - fallen diese 12800 Kilometer doch ins
> Gewicht.
Das ist auch korrekt, zumindest der erste Teil. Bei Erde-Mond ist es ja auch so, daß ihre Massen nicht soooo unterschiedlich sind, daß die Erde in dem System ruht. Vielmehr bewegen sich beide um einen gemeinsamen schwerpunkt, daher gibt es auf der dem Mond abgewandten Seite eine Fliehkraft, und damit auch eine Flut.
Allerdings verursacht auch die Sonne zwei Flutberge. Bei Halbmond (Winkel Sonne-Erde-Mond ist 90°) gibt es insgesamt nur schwache Gezeiten (Nippflut), bei Neu-/Vollmond verstärken sich die Gezeiten von Sonne und Mond (Springflut)
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> zu F) Wenn eine Rakete startet und die Erde verlaesst, baut
> sie langsam die benoetigte Geschwindigkeit auf (Startet mit
> v=0). Waehrend sie die
> benoetigte Geschwindigkeit aufbaut, sinkt aber die Dichte
> der Atmosphaere mit zunehmender Hoehe und damit auch die
> (Luft-)Reibungskraft.
> Die Rakete erhitzt sich also nicht so stark.
> Beim Wiedereintritt allerdings kommt ein gegenteiliger
> Effekt zur Wirkung. Der Satellit startet nicht mit v=0,
> sondern hat bereits eine sehr
> grosse Anfangsgeschwindigkeit. Die Luftreibung allerdings
> nimmt ZU je mehr er sich der Erdoberflaeche naehert und die
> Geschwindigkeit nimmt nur
> ab aufgrund dieser Reibung. Aufgrund der hohen Reibung
> erhitzt sich der Satellit sehr stark.
Jap!
>
> zu G) Aus Kepplers zweitem Gesetz folgt, dass der Winter
> auf der Suedhalbkugel laenger ist. Im Aphel bewegt sich die
> Erde langsamer als im Perihel.(R*v = konstant). Im Winter
> auf der Nordhalbkugel befindet sich die Erde im Perihel,
> der winter geht demzufolge auf der Nordhalbkugel schneller
> vorbei als auf der Suedhalbkugel.
Auch richtig!
>
> zu H) Ich wuerde sagen aus Gruenden der Gravitation ist es
> nicht notwendig. Zwar wird die Raumstation etwas mehr von
> der Erde angezogen (aufgrund der hoeheren Masse),
> allerdings ist der Unterschied minimal. Ausserdem zieht
> auch die Raumstation den Astronauten an (ebenfalls
> minimal).
> Aus anderen Gruenden allerdings ist es notwendig. Bei
> einer falschen Bewegung ("Abstossbewegung") koennte der
> Astronaut ins Weltall driften.
> Auch koennten ihn im Orbit kreisende Kleinstpartikel den
> noetigen Impuls geben um ihn von der Raumstation zu
> entfernen.
Naja, wie oben bereits geschrieben die Gravitationswirkung der Erde ist gleich, dafür ist die zwischen Station und Astronaut vernachlässigbar,
Ein Argument fehlt aber noch: Der Austronaut kann nicht durch Schwimmbewegungen o.ä. zur Station zurück. Er müßte ja einen Rückstoß erzeugen, indem er irgendwas in die andere Richtung schleudert. Es gibt allerdings so Düsen-Rucksäcke, mit denen genau das möglich ist, und dann ist kein Kabel erforderlich.
Hier: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Astronaut-EVA.jpg keine Leine!
> zu I) Am Aequator. Dies hat 2 Gruende.
> Erstens: Die Erde ist etwas "gequetscht", sodass der
> Radius Kern-Aequator hoeher ist als der Radius Kern-Pol.
> Demzufolge ist die Erdbeschleunigung am Pol hoeher als am
> Aequator.
> Zweitens: Am Aequator wird die Erdbeschleunigung von der
> Fliehkraft (aufgrund der Rotation der ERde) etwas
> abgeschwaecht. Am Pol allerdings
> gibt es diesen abschwaechenden Faktor der FLiehkraft
> nicht.
> Aus 1 und 2 folgt: Ein Reiskorn wiegt am Pol mehr als am
> Aequator, demzufolge enthaelt ein Kilo am Pol weniger
> Reiskoerner.
Auch das ist korrekt.
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Das heisst nichtmal konzeptuell gibt es einen Unterschied in der Beschleunigung die die Erde auf massereichere Koerper ausuebt? Wenn jetzt, sagen wir mal der Mond, kurz vor dem Aufprall auf die Erde waere, wuerde dieser keine erhoehte Beschleunigung erfahren?
Also auch der Mond wuerde (wenige Meter vor dem Aufprall) am Aequator eine Erdbeschleunigung von 9.81 [mm] m/s^2 [/mm] erfahren?
Oder wuerde die Beschleunigung kurz vor dem Aufprall etwas hoeher sein, da nicht nur die Erde den Mond zu sich ziehen wuerde, sondern auch der Mond die Erde zu sich selbst, Wobei sich diese Beschleunigungen ueberlagern wuerden?
Was meinst du eigentlich mit dem schwereren Auto? :D
Das mit Springflut und Nippflut muss ich auch gleich mal googeln :)
Vielen Dank fuer die Antwort!
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Hallo!
Naja, man muß bei Mond und Erde natürlich auch bedenken, daß bei den Größenordungen die Gravitation auch von Abständen abhängt etc...
Aber generell ist es doch eine der Grundfeste der Physik, daß ein Stück Blei genauso schnell fällt wie eine Feder - vorausgesetzt, beides befindet sich im Vakuum.
Die Kraft, die die Erde auf einen schweren Körper ausübt, ist natürlich größer als die Kraft auf einen leichten Körper. Genauer gesagt ist der Zusammenhang proportional, es gilt F=mg . Wirkt auf einen frei beweglichen Körper eine Kraft, so beschleunigt er deshalb. Aber je schwerer er ist, desto niediger ist die Beschleunigung. Hier gilt F=m*a .
Naja, und damit kommst du zu g=a . Das g ist eine Konstante, die an der Erdoberfläche gilt, und das a gibt generell erstmal eine Beschleunigung an.
Im Prinzip wollte ich das mit dem Auto verdeutlichen. Hast du zwei Autos, von denen das eine das doppelte wiegt, wird es mit einem doppelt so starken Motor genauso (!) stark beschleunigen wie das leichtere.
Und zu der Sache mit der Flut:
Sowohl Sonne als auch Mond erzeugen auf der Erde zwei Flutberge: einen auf der ihnen zugewandten, und einen auf der abgewandten Seite. Liegen Sonne, Erde und Mond auf einer Linke (Neu-/Vollmond) verstärken sich die Flutberge. Bei Halbmond erzeugt die Sonne die Flutberge grade da, wo der Mond Ebbe erzeugt, so daß sich die Effekte ein wenig aufheben. Der Mond bleibt aber dominant!
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