Wohin wird der Treibstoff beim Flug gedrückt?

Im Atlantisthread wurde darüber diskutiert, in welche Richtung der Treibstoff beim Shuttlestart (oder auch bei irgendeinem anderen Raketenstart) gedrückt wird und welche verschiedenen Kräfte hier eine Rolle spielen. Ich habe hier mal einen neuen Thread gestartet um den Atlantisthread nicht noch weiter mit Offtopic Themen zu füllen.

Rainer hatte geschrieben:

Oops... stimmt. Jede Menge Vektoren. Die maximale Beschleunigung ist meines Wissens nach 3G (oder waren es 4)?. Wenn ich jetzt mal von einem Vektor von 1G "nach unten" ausgehe und einem Vektor von sicherheitshalber nur 2G in Flugrichtung ich ich mal davon ausgehe, dass das shuttle mit 50 Grad (oder so) in dieser Flugphase fliegt - dann müsste aber dennoch "der Treibstoff an die Tankunterseite gedrückt werden". Oder? Aus Sicht der Logik lässt sich zumindest nur so begründen, warum die ECO-Sensoren unten im Tank sind und nicht irgendwo an der Seite oder womöglich oben Zwinkernd  
 
Lieg' ich da falsch?
 
Rainer
PS: mit ist schon klar, dass da noch jede Menge anderer Vektoren zu berücksichtigen sind, aber ich denke, die Vereinfachung passt für die "Daumenrechnung" hier...

Ich(tobi453) hatte geschrieben:

der Treibstoff müsste während der Beschleunigungsphase im Tank eigentlich immer an die Unterseite gedrückt werden. Die Gravitationskraft spielt keine Rolle, da sie während des Fluges gleichermaßen auf Tank und Treibstoff wirkt und die Differenz null ist. Es spielt also nur die Beschleunigung durch die Triebwerke eine Rolle und diese sorgt dafür, dass der Treibstoff immer nach hinten gedrückt wird.

Dann hat Daniel geschrieben:

Die Schwerkraft kann man mit deiner Begründung nicht vernachlässigen, die zieht den Tankinhalt immer in Richtung Erde. Es ist also wichtig in welche Richtung dieser Vektor im lokalen Koordinatensystem den Shuttle zeigt. Es dominiert nur eben der Beschleunigungsvektor. Denkt aber noch an die Fliehkraft. In den letzten Flugphasen fliegt man fast parallel und ziemlich schnell zur Oberfläche. Die Fliehkraft wirkt also der Erdanziehung entgegen und hebt sie auf, mehr oder weniger.
Um es genau zu berechnen, muss man ja einfach die Vektorsumme im lokalen Koordinatensystem aus Schub-, Gravitations- und Zentrifugalkraftvektor bilden. Der resultierende Vektor gibt dann an, wohin das Shuttle gerade beschleunigt. Der Tankinhalt wird dann genau in die Gegenrichtung gepresst.

Dann habe ich geschrieben:

also natürlich wirkt die Gravitation auf den Tank aber sie wirkt genauso auf den Treibstoff. Also existiert zwischen Tank und Treibstoff keine Relativbeschleunigung durch die Gravitation. Würde die Rakete sich im freien Fall ohne Beschleunigung durch ein Triebwerk befinden, dann wäre der Treibstoff schwerelos. Wenn ich jetzt das Triebwerk anschalte, dann wirkt noch ein zusätzliche Beschleunigungskraft durch das Triebwerk, welche immer nach vorne wirkt, sodass der Treibstoff durch die Trägheit der Masse nach hinten gedrückt wird.

Dann hat Daniel geschrieben:

Hallo Tobias,
 
da denkst du etwas falsch. Die Beschleunigung der Triebwerke wirkt auch sowohl auf den Tank als auch auf den Treibstoff. Da existiert auch keine Relativbeschleunigung und trotzdem presst diese Kraft den Treibstoff nach "hinten". Relativbeschleunigung ist hier irrelevant. Alle Teile und Inhalte des Shuttles beschleunigen gleich, entlang des gleich Vektors. Relativbeschleunigung würde ja bedeuten, dass sich ein Teil in eine andere Richtung oder mit anderer Geschwindigkeit bewegt als der Rest. Es geht auch nicht um den freien Fall mit Schwerelosigkeit.
Hier musst du Vektorrechnung betrieben. Nimm als Beispiel ein Glas mit Wasser. Wenn du das Glas drehst, dann richtet sich das Wasser im lokalen mit drehenden Koordinatensystem des Glas' auch anders (schräg) aus. Das Gleiche passiert durch die Drehung des Shuttles. Die Schwerkraft zieht den Treibstoff immer noch zur Erde hin, aber aus Sicht des Tanks eben nicht mehr nach "hinten" sondern "schräg zur Seite".

Also es dürfen sich auch andere Leute zu diesem Thema äußern.

zu Daniels Beitrag,

ich sehe ein, dass das Rollmanöver und sonstige Effekte einen Einfluss auf die Richtung hat, in die der Treibstoff gedrückt wird. Aber ich bin auch der Meinung, dass die Gravitation keine Effekt darauf hat, weil eben die Rakete genau wie der Treibstoff gleichermaßen von der Gravitation beeinflusst wird..

Ich denke, dass wir uns einig sind, dass die Gravitation keine Rolle spielt, wenn sich die Rakete im freien Fall befindet. Dort ist der Treibstoff schwerelos. Warum sollte die Gravitation jetzt irgendeinen Einfluss auf die Ausrichtung des Treibstoffs haben, wenn die Rakete jetzt in irgendeine Richtung beschleunigt??

Noch ein Beispiel:
Die Rakete beschleunigt mit 2G gegenüber dem Erdboden senkrecht nach oben. Dann muss das Triebwerk eine Beschleunigung von 3G liefern, weil man ja ein G wegen der Gravitation wieder abziehen muss. Welche Kraft wirkt jetzt auf den Treibstoff?
Natürlich ist Erdanziehung+Beschleunigung gegen über dem Erdboden=Gesamtbeschleunigung, die auf den Treibstoff wirkt.
Beschleunigung gegenüber dem Erdboden ist aber gerade Beschleunigung Rakete - Erdanziehung

=>Erdanziehung+Beschleunigung Rakete - Erdanziehung=Beschleunigung Rakete !!!

Das heißt, der Treibstoff wird mit der Kraft F=MasseTreibstoff* Beschleunigung Rakete=M*3G=3 G M auf die Unterseite der Rakete gepresst! Es gibt keinen Gravitationseinfluss, denn der hebt sich auf!

Tobi

Hallo,

frohes Neues noch einmal. (ui, ui das war ein Nebel Sylvester bei uns   10 - 15m Sicht.)

Ich habe nun versucht das ganze einmal für die Startphase anschaulicher darzustellen.



Ich Bitte um Korrektur falls es nicht stimmen sollte, ( Vektoren Berechnung ist nicht gerade meine stärke. )

Hier die Datei für den nächsten Sektor, wer möchte es mal versuchen ?  

http://www.imagehut.eu/images/67090Shuttlestart-Sektor-1.5-Kraftstoffmasse.JPG

http://www.imagehut.eu/images/25644Shuttlestart-Sektor-2-Kraftstoffmasse.JPG

http://www.imagehut.eu/images/11752Shuttlestart-Sektor-3-Kraftstoffmasse.JPG

Gruß

Edit: Zwei Dateien zu gefügt.

Gute Idee mit dem Thread!  

Hi Booster: ich will wirklich nicht nörgeln - aber das Bild sagt mir persönlich nichts (kann aber an mir liegen)

Als maximal angehender Hobbyphysiker habe ich nochmal über die Vektoren nachgedacht. Es leuchtet mir ein, dass die Vektorsumme gebildet werden muss. Daraus habe ich dann aber haarscharf folgendes geschlossen:

Wir haben diverse Vektoren, ich beschränke mich aber mal auf die Gravitation und den Schub (und schmeisse dabei mal die beiden Booster und die drei SSME in den gleichen Vektor, was natürlich auch schon nicht korrekt ist). Ich bin alles andere als ein Grafik-Talent und habe daher eine lächerliche  Skizze erzeugt:



Wie man trotzdem hoffentlich unschwer erkennen kann, soll das eine grafische Darstellung der Vektoraddition sein. Der schwarze Vektor ist dabei die Schwerkraft und der Rote der Schubvektor.

Demnach müsste der grüne Vektor die tatsächliche Flugbahn sein.

Dasraus leite ich mal die Frage ab: ist es nicht so, dass zu jederzeit die Summe aller Vektoren exakt den Vektor bestimmt, der die Flugbahn des Shuttle(stacks) ausmacht?

Wenn dem so ist, was ich schwer annehme, dann wäre aber doch zwangsweise der auf den Treibstoff wirkende Vektor immer so gerichtet, dass der Treibstoff an den Tankboden gedrückt wird (solange das Shuttle nicht abstürzt).

Stark vereinfacht sähe das bei einem Flug paralle zur Erdoberfläche dann so aus (gleiche Farben):



Wie man feststellt, benötigt man dazu auch einen geringeren Schub, was ja durchaus Sinn macht (und mich hoffen lässt, dass ich nicht total daneben liege...).

Natürlich verändern sich alle Vektoren dynamisch...

Die Frage ist aber nun erstmal: liege ich bis hier noch eingermassen richtig? Ehe ich jetzt weitere Schlüsse auf den Treibstoff ziehe (bisher habe ich die Masseträgheit ja unberücksichtigt gelassen), warte ich erst mal ab, ob ich nicht doch Schwachsinn erzähle

In diesem Sinne möchte ich um Feedback bitten.

Viele Grüße,
Rainer

Um die Rolle der Gravitation nochmals zu verdeutlichen:

Was passiert in einem Flugzeug, dass gerade fliegt? Es beschleunigt also nicht:

• von außen gesehen wird der Treibstoff nach unten gepresst, bleibt also horizontal.
• vom Flugzeug aus gesehen wir der Treibstoff nach unten gepresst.

Was passiert mit einem Flugzeug im konstanten (nichtbeschleunigten) Steiflug:

• von außen gesehen wird der Treibstoff nach unten gepresst, bleibt also horizontal.
• vom Flugzeug aus gesehen wir der Treibstoff nach unten und hinten gepresst.

Was passiert mit dem Triebstoff im konstanten Sinkflug?

• von außen gesehen wird der Treibstoff nach unten gepresst, bleibt also horizontal.
• vom Flugzeug aus gesehen wir der Treibstoff nach unten und vorne gepresst.

.

Das Gleiche kann man auch für alles andere im Flugzeug sagen (Passagiere, Rollwagen der Crew, etc.). Oder man kann auch ein Auto bei einer Berg- und Talfahrt nehmen. Die Gravitation wirkt immer und kann nicht einfach ignoriert werden. Auch auf uns hier unten wirkt sie andauernd, und wir werden auch nicht beschleunigt. Sie wirkt auf jedes Molekül unseres Körpers. Das hat nichts mit Relativbeschleunigungen zu tun.

Hallo Rainer,

du liegt fast richtig .
Die Summe der Kraftvektoren gibt die Richtung der Beschleunigung an. Das ist aber nicht gleich der Flugrichtung. Die Flugrichtung ist ja die Summe der Geschwindigkeitsvektoren. Der resultierende Gesamtbeschleunigungsvektor gibt also an, wie sich der Geschwindigkeitsvektor ändert. Die beiden müssen nicht parallel sein.

Moin @all,

ich habe auch eine Theorie, (reihe mich beim Hobbyphysiker Rainer ein), habe aber leider wenig Zeit im Moment.  

Nun habe ich ein Bild erstellt wie es nach meiner Auffassung sein könnte.



Ich würde die Grafik gerne anfügen, dann brauch nicht jeder das Neu Zeichnen, und auch andere könnten damit rum hantieren, aber leider kann man hier keine Corel-Datei einfügen, schade.

Nun kurz ein paar Worte zu meiner Darstellung.

Solange die Beschleunigung hoch bleibt, wird der Kraftstoff in einer Formart eines Tellers die Oberfläche Bilden, ( darum geht es ja auch eigentlich, die Fragestellung war sitzt der 5% Sensor eigentlich an der Richtigen Stelle ? ), geht jetzt das Kraftstoffgewicht zurück (durch die Gravitations Minderung ), und die Fliehkraft erhöht sich könnte es sein das  die Oberkante dar Kraftstoffmenge zwar noch mehr als ein 20igstel ist aber schon 5% anzeigt.

Man müsste das mal mathematisch ausrechnen, dazu brauch man aber eigentlich auch annähernd realistische Zahlen, wo könnte man so etwas erhalten, hat Jemand von euch dort hin gute Kontakte ?

Gruß

Meine Antwort: Wenn die Triebwerke das Gesamtsystem Rakete+Shuttle mit 3 G beschleunigen, dann wird der Treibstoff mit drei G entgegen der Beschleunigung (also in Richtung der Triebwerke) gedrückt. Die Erdbeschleunigung ist hierbei vollkommen egal.

Warum?

Die Erdbeschleunigung wirkt auf alle Bestandteile des Rakete (Treibstoff, Tanks, Triebwerke etc. gleichmäßig - relativ zueinander also kein Unterschied ... das daraus ein 'freies Schweben' resultiert sieht man an der ISS sehr schön. Alles wird von der Erde angezogen - und trotzdem haben wir eine 0-G-Umgebung.

Die Beschleunigung durch die Triebwerke wirkt erstmal nur auf die Triebwerke. Da die fest mit den Tanks verbunden sind, werden die ebenfalls beschleunigt. Und die Tanks wiederum drücken mit 3 G gegen den Treibstoff.

Das ist unabhängig von der Flugrichtung - ich könnte sogar auf die Erde zufliegen und der Treibstoff würde trotzdem mit 3 G hinten in den Tank gedrückt (dann also 'oben' hängen).

Flugzeuge beschleunigen praktisch ständig mit 1 G entgegen der Erdanziehung - würden sie dies nicht tun, ginge es irgendwann unangespitzt in den Boden - wie beim Parabelflug nur ohne abfangen. Die Beschleunigung entgegen der Erdanziehung wird beim Flugzeug durch die Tragflächen und den Luftstrom um sie herum und/oder durch den Antrieb erzeugt - je nach Fluglage.

Kompliziert genug?

Schönes neues Jahr

Macbeth

Was passiert in einem Flugzeug, dass gerade fliegt? Es beschleunigt also nicht:

• von außen gesehen wird der Treibstoff nach unten gepresst, bleibt also horizontal.
• vom Flugzeug aus gesehen wir der Treibstoff nach unten gepresst.

Das gilt nur, wenn die Flügel Auftrieb erzeugen. Dann ist es dieser Auftrieb, der die dafür nötige Kraft erzeugt. Erzeugen die Flügel hingegeg keinen Auftrieb mehr (etwa, in dem man entlang einer 0-G-Wurfparabel fliegt), herrscht im gesamten Flugzeug und natürlich auch in den Treibstofftanks Schwerelosigkeit für diese Zeit.

Das Shuttle hat nun zwar Flügel, aber erstens sind die für das Startgewicht des Shuttle nur sehr klein und zweites brauchen diese, um nennenswerten Auftrieb zu erzeugen, den nötigen Anstellwinkel (bei der Landung ist das gut sichtbar). Beim Start ist das Shuttle aber genau parallel zur Flugrichtung ausgerichtet und nennenswerter aerodynamischer Auftrieb des gesamten Stacks ist mir auch nicht bekannt (man korrigiere mich da ggf.). Und ohne aerodynamischen Auftrieb gibt es aber nur den Schub der 5 bzw. 3 Triebwerke, der auf das gesamte Shuttle und damit auch auf die Treibstofftanks wirkt. Ansonsten gelten die Bedingungen des freien Falls, also Schwerelosigkeit.

@macbeth

Das Argument mit der ISS und der Umlaufbahn zählt nicht, bzw. dort herrscht nicht Schwerelosigkeit weil alles gleich stark angezogen wird, sondern weil es sich mit dern Fliehkraft die Waage hält.
Flugzeuge beschleunigen nicht die ganze Zeit gegen den Boden, sondern das Gegenteil machen sie, sie gleichen die Gewichtskraft durch Auftrieb aus und beschleunigen wegen keiner resultierenden Kraft nicht. Beschleunigen heißt: Änderung des Geschwindigkeitsvektors.

Um es noch mal zu veranschaulichen:
Wir sitzen in einem Auto und fahren mit konstanter Geschwindigkeit einen Berg hinauf. Was passiert? Wir werden immer noch von der Erde angezogen und nach unten gepresst.
Jetzt beschleunigen wir bei der Bergauffahrt. Zusätzlich werden wir jetzt noch nach hinten gepresst.
Es wird doch keiner sagen, dass wir bei der Bergauffahrt nur nach hinten in den Sitz gepresst werden. Wir werden auch immer noch auf den Boden gezogen.

Das Ganze nennt man Superposition. Man überlagert die voneinander unabhängigen Lösungen (hier: gleichmäßige Fahrt + Beschleunigung) und lässt nicht einfach etwas weg. Wenn man die Bewegung eines Massenpunktes berechnen möchte, dann muss man alle an ihm angreifenden Kräfte berücksichtigen. Dazu zählt auch die Gravitation.

Unser Problem hier ist, dass ihr von Beschleunigung sprecht und ich von der Wirkung der Kräfte. Die Beschleunigung ist aber nur das Resultat der im gesamten wirkenden Kräfte.

Wenn die Triebwerke das Gesamtsystem Rakete+Shuttle mit 3 G beschleunigen, dann wird der Treibstoff mit drei G entgegen der Beschleunigung (also in Richtung der Triebwerke) gedrückt. Die Erdbeschleunigung ist hierbei vollkommen egal.

Ganz genau so ist es. Lediglich aerodynamische Einflüsse in den unteren Atmosphärenschichten müsste man noch ggf. berücksichtigen (die erzeugen ebenfalls Kräfte), aber erstens dürften auch diese haupsächlich in Richtung der Stack-Längsachse wirken, aber natürlich umgekehrt, also bremsend (und das ist bei der angegebenen Nettobeschleunigung aber bereits herausgerechnet!) und zweitens sind genau dann, wenn die Tanks fast leer sind und sich eine entsprechende Schieflage des Treibstoffspiegels negativ bemerkbar machen könnte, garantiert keine aerodynamischen Kräfte mehr am Werke.

Das Argument mit der ISS und der Umlaufbahn zählt nicht

Aber natürlich tut es das. Bereits wenn du du einen vollen Eimer wirfst, hast Du für den kurzen Moment des Wurfes Schwerelosigkeit im Eimer. Dazu bedarf es keineswegs einer Umlaufbahn um die Erde

Ich sage noch mal:
die Beschleunigung entsteht aus der Summe aller angreifenden Kräft und entgegen deren Richtung wirkt die "Trägheit". In der Summe aller Kräfte sind aber auch die Gravitation +  Fliehkraft mit drin. Aus der Summe der Kraftvektoren ergibt sich der resultierende Vektor, in dessen Richtung man beschleunigt.
Wir alle sehen ja, dass die Raketen nach dem Start ein kurzes Rollmanöver machen. Danach fliegen sie nicht mehr gerade, sondern in einem Bogen weiter. Dieser Bogen kommt genau dadurch (größtenteils) zustande, dass nach der Rolle die Gravitation nicht mehr antiparallel zum Schub wirkt, sondern "schräg". Damit führt sie dazu, dass aus der geraden Flugbahn ein Bogen wird.
Die Gravitation ist auf keinen Fall belanglos.

Aber natürlich tut es das. Bereits wenn du du einen vollen Eimer wirfst, hast Du für den kurzen Moment des Wurfes Schwerelosigkeit im Eimer. Dazu bedarf es keineswegs einer Umlaufbahn um die Erde

Mhhh... bist Du dir da sicher? Wirkt nicht zumindest eine aerodynamische Bremskraft. Ich wollte ohnehin eine Frage stellen, das ist jetzt wohl die Gelegenheit: Ein Fallschirmspringer müsste doch dann, solange der Fallschirm geschlossen ist, auch schwerelos sein. Ich bin noch nie gesprungen, habe aber auch noch nie von Schwerelosigkeit in dem Zusammenhang gehört. Der Fallschirmspringer wird aber sicherlich auch von der von ihm "durchfallenen" Luft abgegbremst, hier wirkt also auch eine Kraft (ist es wirklich eine Kraft?).

Beim Parabelflug stelle ich mir das deswegen anders vor, weil in der Kabine diese Reibung an der Luft fehlt.

Wie ist es denn nun?

In dem Zusammenhang übrigens schon einmal vielen Dank für die vielen qualifizierten Wortmeldungen! Hilft ungemein!

Rainer

Hi Daniel,

Die Summe der Kraftvektoren gibt die Richtung der Beschleunigung an. Das ist aber nicht gleich der Flugrichtung. Die Flugrichtung ist ja die Summe der Geschwindigkeitsvektoren. Der resultierende Gesamtbeschleunigungsvektor gibt also an, wie sich der Geschwindigkeitsvektor ändert. Die beiden müssen nicht parallel sein.

Kleine blöde Zwischenfrage: worin werden hier eigentlich die Beträge der Vektoren gemessen? im m/s (Geschwindigkeit) oder in m/s/s (Beschleunigung).

Ich überlege nämlich gerade, wie der Gesamtbeschleunigungsvektor von den einzelnen Kraftvektoren modifiziert wird. Und gleichzeitig denke ich auch über die ISS nach. Die Fliegt zwar mit einer Geschwindigkeit von 26.000 km/h (oder so, ich habs nicht mehr nachgesehen da nicht wirklich relevant), aber auf der anderen Seite dürfte ihre Beschleuningung so ziemlich genau bei 0 m/s/s liegen. Und nun überlege ich, wie ich da dann überhaupt den G-Vektor addieren kann. Brauch ich doch gleiche Einheiten...

Ich hoffe, ich strapaziere die Geduld hier nicht zu sehr. Gibt es vielleicht irgendwo einen guten Link, wo das Ganze für Nicht-Physiker erklärt wird (aber eben wieder hinreichend genau... ).

Danke nochmal,
Rainer

Hallo Rainer,

im freien Fall herrscht Schwerelosigkeit, also auch wenn du vom Zehner springst. Nur baut sich in der Atmosphäre schnell ein aerodynamischer Widerstand auf, welcher dich bremst und damit den freien Fall zunichte macht. Dadurch hat ein Fallschirmspringer ja auch eine maximale Fallgeschwindigkeit und Schwerelosigkeit herrscht nur am Anfang des Sprungs.

Hallo Rainer,

im freien Fall herrscht Schwerelosigkeit, also auch wenn du vom Zehner springst. Nur baut sich in der Atmosphäre schnell ein aerodynamischer Widerstand auf, welcher dich bremst und damit den freien Fall zunichte macht. Dadurch hat ein Fallschirmspringer ja auch eine maximale Fallgeschwindigkeit und Schwerelosigkeit herrscht nur am Anfang des Sprungs.

Aha - dann ist er also doch eine gewisse Zeit schwerelos.

Detail-Nachfrage: wird der aerodynamische Widerstand auch als Vektor dargestellt, oder wie rechnet man das dann insgesamt aus. Eine richtige Kraft ist es doch eigentlich nicht. Oder, anders gesagt, wenn ich einen Stein in eine 100m tiefe Schlucht werfe - ist der Aufprall auf dem Boden dann auch eine Kraft - wohl eher nicht. Ich tu mich im Moment etwas schwer damit, wie das korrekt dargestellt wird, und daher habe ich sicherlich auch Probleme, das "grosse Ganze" richtig zu sehen.

Danke nochmal,
Rainer

Ich sage noch mal:
die Beschleunigung entsteht aus der Summe aller angreifenden Kräft und entgegen deren Richtung wirkt die "Trägheit". In der Summe aller Kräfte sind aber auch die Gravitation +  Fliehkraft mit drin. Aus der Summe der Kraftvektoren ergibt sich der resultierende Vektor, in dessen Richtung man beschleunigt.
Wir alle sehen ja, dass die Raketen nach dem Start ein kurzes Rollmanöver machen. Danach fliegen sie nicht mehr gerade, sondern in einem Bogen weiter. Dieser Bogen kommt genau dadurch (größtenteils) zustande, dass nach der Rolle die Gravitation nicht mehr antiparallel zum Schub wirkt, sondern "schräg". Damit führt sie dazu, dass aus der geraden Flugbahn ein Bogen wird.
Die Gravitation ist auf keinen Fall belanglos.

Hallo Daniel,

was denn nun mit dem freien Fall? Wenn ein Fahrstuhl herunterfällt gibt es auch einen Gesamtbeschleunigungsvektor, der in diesem Fall nur die Gravitationsbeschleunigung ist. Nach deiner Argumentation müsste man also beim freien Fall im Fahrstuhl eine Trägheitskraft verspüren, wir wissen aber das man im frei fallenden Fahrstuhl schwerelos ist. Das ist doch ein Widerspruch!

Und nochmal zur Trägheit: Die Trägheit des Treibstoffs spielt nur bei Kräften eine Rolle, die durch den Kontakt von Treibstoff zur Tankwand übertragen werden. Dies ist aber bei der Gravitation nicht der Fall.

Noch ein Beispiel: Wenn eine Rakete in einer gewissen Höhe parallel zum Erdboden beschleunigt, dann befindet sich die Rakete auf der Y-Achse im freien Fall. Es findet lediglich eine Beschleunigung in X-Richtung statt. Daher wird auch der Treibstoff nur nach hinten gepresst, nicht jedoch auch Richtung Erdboden, weil die Rakete "mitfällt".

Tobi

Kleine blöde Zwischenfrage: worin werden hier eigentlich die Beträge der Vektoren gemessen? im m/s (Geschwindigkeit) oder in m/s/s (Beschleunigung).

Ich überlege nämlich gerade, wie der Gesamtbeschleunigungsvektor von den einzelnen Kraftvektoren modifiziert wird. Und gleichzeitig denke ich auch über die ISS nach. Die Fliegt zwar mit einer Geschwindigkeit von 26.000 km/h (oder so, ich habs nicht mehr nachgesehen da nicht wirklich relevant), aber auf der anderen Seite dürfte ihre Beschleuningung so ziemlich genau bei 0 m/s/s liegen. Und nun überlege ich, wie ich da dann überhaupt den G-Vektor addieren kann. Brauch ich doch gleiche Einheiten...

Ich hoffe, ich strapaziere die Geduld hier nicht zu sehr. Gibt es vielleicht irgendwo einen guten Link, wo das Ganze für Nicht-Physiker erklärt wird (aber eben wieder hinreichend genau... ).

Danke nochmal,
Rainer

Hallo Rainer,

man kann natürlich nur Vektoren mit gleichen Größen (Einheiten) addieren. Deswegen lege ich ja auch so Wert darauf:
Das eine sind Kraftvektoren in N (Schub, Gewichtskraft). Das andere ist dann der Beschleunigungsvektor in m/s/s. Hat man alle Kraftvektoren zu einem Gesamtvektor addiert:
F_ges = F₁ + F₂ + ...+ F_n

dann gibt dessen Betrag die wirkende Gesamtkraft und dessen Richtung die resultierende Kraftrichtung an. In diese Richtung wird dann auch beschleunigt.

@Tobias,

stimmt, das hast du Recht. Ich habe mich ein wenig verrannt . Trotzdem gilt: Summe aller Kräfte bestimmt die Bewegung. Nur mit der Trägheit ... haja ...  

man kann natürlich nur Vektoren mit gleichen Größen (Einheiten) addieren. Deswegen lege ich ja auch so Wert darauf:
Das eine sind Kraftvektoren in N (Schub, Gewichtskraft). Das andere ist dann der Beschleunigungsvektor in m/s/s. Hat man alle Kraftvektoren zu einem Gesamtvektor addiert:
F_ges = F₁ + F₂ + ...+ F_n

dann gibt dessen Betrag die wirkende Gesamtkraft und dessen Richtung die resultierende Kraftrichtung an. In diese Richtung wird dann auch beschleunigt.

Hi, super! Die Antworten kommen ja fast schneller, als ich die Fragen stellen kann  Hochachtung!

Das hier leuchtet mir absolut ein. Bleibt aber dennoch meine Frage mit der ISS. Die befindet sich ja ein gleichförmiger Bewegung (nehme ich mal an).

Ich habe nun den Kraftvektor der Schwerkraft. Aber welche weiteren Kraftvektoren habe ich noch? Fliehkraft ist doch eine Pseudokraft, darf ich die dann in einem Kraftvektor verwenden? Es müsste doch eigentlich irgendwie mit der Impulserhaltung zusammenhängen... Sorry für die vagen Aussagen (und den evtuellen Schwachsinn), zu mehr langt es bei mir im Moment leider nicht

Für Aufklärung wäre ich sehr dankbar.

Rainer

Und noch mal @Rainer

Aerodynamische Kräfte (Widerstand, Auftrieb) sind echte Kräfte. Die werden genau so als Vektoren dargestellt wie alle anderen auch. Für die gibt es dann eine Kraftangriffspunkt, wo sie wirken und wo sie angesetzt werden in der Rechnung. Der ergibt sich aus der aerodynamischen Konfiguration und dem verwendeten Koordinatensystem

Beim Aufprall auf dem Boden geht anders herum vor:
Man misst die Beschleunigung, oder schätzt sie aus der Geschwindigkeitsdifferenz (Endgeschwindigkeit des Falls --> 0) und der vergangenen Zeit ( für den Aufprall). Daraus kann man dann die im Mittel wirkende Kraft während dieser kurzen Zeit errechnen.

Beim Aufprall auf dem Boden geht anders herum vor:
Man misst die Beschleunigung, oder schätzt sie aus der Geschwindigkeitsdifferenz (Endgeschwindigkeit des Falls --> 0) und der vergangenen Zeit ( für den Aufprall). Daraus kann man dann die im Mittel wirkende Kraft während dieser kurzen Zeit errechnen.

Da geht mir ja eine ganzer Weihnachtsbaum auf. Auf einmal wird viel mehr klar. Besten Dank!

Jetzt muss ich nur nochmal über die ISS nachdenken und dann wahrscheinlich heute abend mal ein bisschen zeichnen

Rainer

@Rainer

Ganz allgemein:
Zur Berechnung einer Bewegung (Aufstellung der Bewegungsgleichung) setzt man alle Kräfte an. Welche Kräfte wirken, hängt vom Bezugssystem ab.

Entgegen der Summe aller echten Kräfte lässt man die Trägheitskraft (genau genommen eine Scheinkraft) wirken. Das Ganze sieht dann in etwas so aus:

F_träg = ma
[size=9](Trägheitkraft = Produkt aus Masse und Beschleunigung)[/size]

--> F_träg = F₁ + F₂ + ... +F_n

--> ma = F₁ + F₂ + ... +F_n

--> a = 1/m * (F₁ + F₂ + ... +F_n)
[size=9]Das ist die Bewegungsgleichung, welche die resuliterende Beschleunigung angibt.[/size]


Ein Mal über die Zeit integriert ergibt die Geschwindigkeit:

v = int(a)dt

Ein zweites Mal integriert ergibt sie den Ort, also die wirkliche Bewegung

x = int(v)dt

Und nochmal zur Trägheit: Die Trägheit des Treibstoffs spielt nur bei Kräften eine Rolle, die durch den Kontakt von Treibstoff zur Tankwand übertragen werden. Dies ist aber bei der Gravitation nicht der Fall.

Hi Tobi,

beim Schub spielt sie somit eine Rolle? Oder habe ich das falsch verstanden?

Danke,
Rainer