Raketenflug

Dieses Moment in der abrollenden/abkippenden Kugel passiert nur, weil sie eben aufliegt und nicht um den Schwerpunkt rotiert, bis sie sich vom Tisch gelöst hat. Sobald sie frei ist, rotiert sie um den Schwerpunkt.


Und das ist hier die Crux: Ein fliegendes Objekt rotiert um seinen Schwerpunkt und im Flug erzeugt dieser dann kein Moment mehr. Ich verstehe deine Worte immer wieder so, dass du das anders siehst.

Dieses Moment in der abrollenden/abkippenden Kugel passiert nur, weil sie eben aufliegt und nicht um den Schwerpunkt rotiert, bis sie sich vom Tisch gelöst hat. Sobald sie frei ist, rotiert sie um den Schwerpunkt.


Und das ist hier die Crux: Ein fliegendes Objekt rotiert um seinen Schwerpunkt und im Flug erzeugt dieser dann kein Moment mehr. Ich verstehe deine Worte immer wieder so, dass du das anders siehst.

Das das Objekt dann um den eigenen Schwerpunkt rotiert ist nicht strittig. Ich muß mich jetzt leider ausloggen, später.

Gruß Kelvin

Ich habe mir mal erlaubt, fett zu markieren, wo hier aus meiner Sicht die Quelle des Missverständnisses liegt.

Hallo Kelvin

Zitat von: Kelvin am 13. Oktober 2013, 13:15:35

Also - meine Sicht: Der voreilende Schwerpunkt, erzeugt zusammen mit der Vertikalkomponente des Schubes (und der Gravitation natürlich) eine Rotation in Flugrichtung (im Uhrzeigersinn, besser gesagt), die möglicherweise aber genau durch die Aerodynamik (Die Stufe hat oberhalb des Schwerpunkts eine größere Angriffsfläche) kompensiert wird.

Hier ganz klar: nein. In Zustand 3 wirkt kein Moment durch den Schwerpunkt selbst. Da unterliegst du einer falschen Analogie. Wenn dort ein Moment durch den Schwerpunkt möglich wäre, hätte Goddards Pendelrakete funktioniert. Dort hat er ja ein (Rückstell-)Moment des Schwerpunkt erwartet ... da war aber nichts und die Raketen war nicht stabil.

Natürlich kann man den Schub in Vertikal- und Horizontal-Komponente zerlegen. Dann muss man aber auch beide Komponenten betrachten und kann nicht losgelöst nur die vertikale nehmen und die horizontale einfach vergessen. Die horizontale Komponente würde dann nämlich ein genau entgegengesetztes Moment um den Schwerpunkt erzeugen.

Wenn man das ausrechnet, würde man sehen, dass sich beide Momente exakt zu Null addieren. Das muss so sein, denn in der Summe geht der Schubvektor ja durch den Schwerpunkt und kann somit überhaupt kein Moment erzeugen, weil der Hebelarm dann die Länge Null hat.

Das ist genau der Punkt, an dem die balancierter-Besenstiel-Analogie versagt. Beim Besestiel (oder von mir aus auch bei einer vom Tisch rollenden Kugel) verhindert der Stützpunk näherungsweise eine Bewegung nach unten und wirkt somit der Erdanziehung näherungsweise entgegen. Er hat also annäherund nur eine Vertikalkomponente nach oben und keine horzontale und bewirkt daher ein Moment um den Schwerpunkt, fall dieser nicht über dem Stützpunkt liegt -- Bei einer Rakete ist dies aber eben nicht der Fall.

Danke wulf 21. Das beleuchtet die Details nochmal etwas anders, vielleicht noch klarer. Die Idee mit der Zerlegung am Fuß zu argumentieren, hatte ich gar nicht. Das wäre dann "von selbst" gekommen, wenn man die Lagerung im mechanischen Modell "freischneidet" und berechnen möchte.

Hallo Daniel und wulf 21

die Momente-Theorie können wir bei geradegestelltem Triebwerk tatsächlich begraben. Der Schub erzeugt keinen Moment weil er so keinen "Hebelarm" besitzt (in meiner Begriffswelt) gesprochen, und auch die Schwerkraft hat keinen, weil im Flug unten die "horizontale Abstützung" fehlt, das Unterteil gibt sozusagen nach. Ich bedanke mich schon mal für diesen Teil eurer mühevollen Aufklärungsarbeit. Man muß wohl, wenn das Triebwerk gerade steht, ausschließlich die beiden auftretenden Kräfte und deren Resultierende betrachten.

Die Resultierende zeigt natürlich bei einer Schrägstellung im Schwebeflug und gerade ausgerichtetem Triebwerk nach unten, und diese Tendenz nach unten nimmt zu, je stärker geneigt die Stufe ist. Das ist es wohl, was in mir das (m.M.n. richtige) Gefühl eines instabilen Zustandes erzeugt hat, den man eben auch vom Besenstiel kennt. Leichte Schrägstellungen lassen sich leicht korrigieren, stärkere schwieriger, und ab einem gewissen Wert ist es hoffnungslos. Daher muß man sicher auch beim Schwebeflug mit der Schrägstellung sehr "behutsam" umgehen - das bedeutet das Triebwerk nach Bedarf schrägzustellen, um die Schrägstellung der Stufe (und seitliche Geschwindigkeit) durch das dann aber wirklich eingeleitete Drehmoment auf den gewünschen Wert zu bringen. (Ich bitte um Widerspruch, sollte die Bechreibung nicht richtig sein.)

Bei dem Folgendem werde ich sicher Widerspruch ernten. Für mich ist unabhängig von von Momenten und den konkret wirkenden Kräften das Bemühen, einen Gegenstand in einer instabilen Lage durch Gegensteuern weiter in dieser instabilen Lage zu halten ein Synonym für "balancieren". Und der Satz "eine Rakete balanciert nicht" ist daher bei dieser Betriebsweise der Rakete zumindest zweifelhaft. Da es aber um einen nicht genau definierten Begriff geht, wird es schwierig sein darüber zu diskutieren, es bleibt bei Subjektivitäten.   

Ich versuche jetzt den aktuellen Stand der Diskussion meinem ersten Posts zum Thema gegenüber zu stellen, geänderte Worte und Satzteile schreibe ich fett und die alte Version kursiv in eine Klammer dahinter. Kommentare schreibe ich kursiv in eckige Klammern.

1) Im Stillstand (immer Schwebezustand natürlich) muß das Triebwerk die zufälligen Kippbewegungen auffangen, indem das Unterteil der Stufe in Richtung der Kippbewegung bewegt wird und diese "überholt" Dazu wird das Triebwerk natürlich entgegengesetzt der Kippbewegung ausgelenkt.

[Hmm, darf man vonn Kippbewegungen sprechen, wenn der Drehachse im Schwerpunkt liegt? In meinem Verständnis schon. Und auch bei einer Drehung um den Schwerpunkt wird das "Unterteil der Stufe" in Richtung Kippbewegung verschoben. wenn auch möglicherweise auf einer Kreisbahn, wenn man von gleicher Flughöhe ausgeht. Ob es die aber gibt, wenn der senkrechte Anteil des Schubes dabei gleichzeitig zunimmt?]

2) Voraussetzung für eine horizontale Bewegung ist eine Schräglage der Stufe mit gleichzeitiger "unvolständiger Korrektur" der Kippbewegung - die Schräglage muß erhalten bleben. (Hier "folgt der Schubvektor der Kippbewegung" möglicherweise, aber das muß der Finger unter dem Besenstiel ebenfalls tun, wenn ich mich mit dem Besenstiel von A nach B bewegen will.)

[Also ich verstehe auch hier meine Worte richtig ;-) Der Text entspricht auch ziemlich genau den Bildern 2..3 von Daniel. Man kann es naturlich auch korrekter ausdrücken.]

3) Eingeleitet wird die Seitwärtsbewegung durch das Auslenken des unteren Endes der Stufe in die entgegengesetzte Richtung.

[Ich habe wieder nichts auszusezen ;-) Man leitet durch das Schrägstellen des Triebwerkes einen Drehmoment ein - siehe Bild 1 - und das sorgt so für die Schrägstellung.]

4) Beendet wird die Seitwärtsbewegung durch das "Überkompensieren" der Seitwärtsbewegung, d.h. das Unterteil überholt das Oberteil und geht in den Betrieb gem. 1) über.

[Genau, das entspricht Bild 4, wenn ich das richtig sehe. Zusätzlich deute ich mit "Unterteil überholt das Oberteil" an, daß die Lateralbewegung durch eine Gegenbewung bzw. Kraft angehalten werden muß.  Den Zustand gem. Bild 5 (anhalten der Gegenrotation) habe ich innerlich unter "Schwebeflug ohne Seitwärtsbewegung" gemäß Punkt 1 abgehakt, der für eine stabile Fluglage am gleichen Ort sorgt und alle unerwünschen "Kippmomente" kompensieren muß, also auch die zuvor absichtlich eingeleiteten.]

Ich mußte also meinem Gefühl nach keine wirklich groben Fehlbegriffe oder falsche Behauptungen korrigieren, auch wenn man sicher einiges besser ausdrücken könnte. Ich achtete hier ja auch bewußt darauf, mich nicht zu stark in der Welt der wohldefinierten Begriffe zu verstricken. Wenn ich mich irre, bitte ich um Widerspruch.

Und danke noch einmal für die geleistete Aufklärungsarbeit.

Guten Morgen Kelvin,

gut, sehr schön . Die Paradigmen der eigenen Anschauung zu wechseln, ist immer eine kleine Herausforderung, zumal wenn es "wider die Alltagsanalogie" geht.

Dreht sich die Erde eigentlich nach jedem Raketenstart langsamer? Und was ist wenn  die Raketen von Vandenberg gestartet wird.
(Wenn die Frage zu blöd ist löschen)

Hallo Scharf,

Dreht sich die Erde eigentlich nach jedem Raketenstart langsamer? Und was ist wenn  die Raketen von Vandenberg gestartet wird.
(Wenn die Frage zu blöd ist löschen)

ich verstehe die Frage nicht so recht. Meinst du, weil die Rakete Masse mitnimmt, die der Erde dann fehlt? Falls ja, der Anteil ist so gering, der macht der Erde nichts...

Grüße
Olli

Nun es gilt Impulserhaltung. Wenn die Rakete die Abgase hinten rausjagt, treffen diese auf die Atmosphäre und dadurch dürfte es zu einer Abbremsung der Erde kommen. Allerdings vermute ich, dass andere Effekte dominanter sind (z.B. Mond, Asteroideneinschläge).

Vermutlich geht es Scharf um's Prinzipielle und nicht darum wie gross der Effekt ist. Wie Tobi schon sagte, es gilt die Impulserhaltung, genauer, die Drehimpulserhaltung. Man muss drei Fälle unterscheiden:
- Start nach Osten: Die Rakete nimmt Drehimpuls von der Erde mit: die Erde dreht etwas langsamer. Das ist ja auch ein gewünschter Effekt
- Start nach Westen: Die Rakete nimmt zur Erde gegensinnigen Drehimpuls mit: die Erde dreht etwas schneller
- Start nach Norden oder Süden: Hier wird eine Nutation der Erdachse angestossen, ein leichtes Taumeln.

Man sollte noch Anfügen, dass beim Wiedereintritt der Flugkörper die Drehimpulsbilanz wieder in den urprünglichen Zustand gebracht wird. Eine dauerhafte Änderung wird also nur erzielt, wenn der Raumflugkörper nicht zur erde zurückkommt.

Den Umweg über die Betrachtung des Abgasstrahls braucht man nicht.

Gruss
Edgar

Der Start einer Rakete nutzt (meistens) die Erdrehung als Geschwindigkeit aus. Es müsste also einen (minimalen) Effekt auf die Erdrehung geben.
Oder ich denke falsch.

Hallo Scharf,

Der Start einer Rakete nutzt (meistens) die Erdrehung als Geschwindigkeit aus.

Ja... und gibt den "Gewinn" oder "Verlust" bei der Landung wieder ab. s. o.!

Es müsste also einen (minimalen) Effekt auf die Erdrehung geben.

Ja!

Oder ich denke falsch.

Falsch denken ist nicht Fehler machen
Also lies dir nochmal den Beitrag von Edgar DF2MZ durch, schau nochmal nach "Drehimpuls"  und werde dir klar in welche Richtung sich die Erdkugel dreht - dann kannst du es fast schon ausrechnen !
Viel Spaß beim Knobeln,
Gruß, HausD

Also haben wir beim Start von z.B. Curiosity einen Impuls, Geschwindigkeit, der Erddrehung verloren und an den den Mars abgegeben. Dreht sich der Mars nun schneller?
Danke fürs lustigmachen

Bitte, immer wieder gern! HausD

Also haben wir beim Start von z.B. Curiosity einen Impuls, Geschwindigkeit, der Erddrehung verloren und an den den Mars abgegeben. Dreht sich der Mars nun schneller?
Danke fürs lustigmachen

Ich hab zwar keine Ahnung davon aber die bisherigen Angaben lassen den Schuss zu, das wir uns (minimal) langsamer drehen.
Ob der Mars schneller dreht, müsste davon abhängen, ob die Landung mit oder gegen die Drehrichtung des Marses erfolgte.

Einen vergleichbaren Effekt wie den beschriebenen - also Veränderungen der Geschwindigkeit der Erddrehung bei Raketenstarts - dürfte es auch bei den Swing-by-Manövern von Raumflugkörpern an Planeten geben: wird eine Raumsonde beim Swing-by am Planeten beschleunigt, so wird der betreffende Planet einen gleichgroßen Impuls in die Gegenrichtung erfahren und langsamer werden. Nur eben aufgrund des gewaltigen Masseunterschiedes so verschwindend gering, dass man sich darüber eigentlich keine Gedanken zu machen braucht.
Viele natürliche Ereignisse, wie Vorbeiflüge von Kometen oder Asteroiden an der Erde, oder z.B. der Einschlag des Tscheljabinsk-Meteoriten Anfang 2013 hätten da sicher wesentlich mehr Einfluss auf die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Bahngeschwindigkeit der Erde als Raketenstarts oder Swing-by´s von Raumsonden an der Erde, und selbst die Auswirkungen dieser natürlichen Ereignisse sind ohne Belang: selbst mit den genauesten Atomuhren dürften da keine Veränderungen feststellbar sein.

Wilga35

Apropros Raketenstart. Den Effekt, dass sich die Erde langsamer dreht, gibts langfristig nur bei interplanetaren Starts bzw. hohe Orbits. Bei der ISS z.B. hat sich der Drehimpuls 2028 wieder ausgeglichen, nachdem sie im Meer versenkt worden ist. Beim Crash auf die Erde wird selbige wieder beschleunigt.

Da quasi alle Raketen senkrecht starten, sprich senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor der Erdrehung am Startort, gibt es beim Start eigentlich keine Impulsübertragung, die für die Erddrehung relevant wäre. Beim Aufstieg wird Impuls an die Atmosphäre abgegeben, aber diese dürfte das wohl soweit abdämpfen, daß davon auf der Erde als soliden Körper nichts mehr ankommt.

Die Erdatmosphäre reibt aber an der Erdoberfläche. Da entsteht eine Schubspannung und dadurch wird der Impuls wieder auf die Erde übertragen.

Größere Einflüsse auf die Erddrehung dürften Erdbeben mit Werten auf der Richterskala von beispielsweise 9 haben, oder?

Wenn ja, driften wir (vom Thema) ab.

Größere Einflüsse auf die Erddrehung dürften Erdbeben mit Werten auf der Richterskala von beispielsweise 9 haben, oder?

Wenn ja, driften wir (vom Thema) ab.

Beim starken Erdbeben in Chile wurde tatsächlich eine Veränderung der Tageslänge gemessen.
Ich kann dazu leider keine Quelle angeben, aber das war in den Massenmedien zu lesen.

Ich glaube, gemessen wurde damals gar nicht. Stattdessen hat man meiner Erinnerung nach einen Wert rein theoretisch bestimmt.

Es ist im Prinzip egal, welchen Orbit eine Rakete einschlägt.
Nach dem Start bewegt sich das Gerät annähernd mit derselben Horizontal-Geschwindigkeit wie die Erdoberfläche und die umgebende Lufthülle. Das einzige was sich ändert, ist eine winzige Verringerung des Drehimpulses der Erde.

Erst wenn die Erdatmosphäre weitgehend durchflogen ist, wird die Rakete in die gewünschte Richtung gesteuert, wobei die Energie dafür aus dem Treibstoff kommt. Es ist also egal in welchen Orbit die Nutzlast beschleunigt wird.

Beim Rücksturz von Teilen auf die Erde wird der Drehimpuls wieder erhöht, wobei die zusätzliche Horizontalgeschwindigkeit (meist in Richtung Osten) einen zusätzlichen Impuls erzeugt. Das gilt selbstverständlich auch für abstürzende Satelliten, die beim Verglühen ihre horizontale Bewegungsenergie an die Atmosphäre abgeben und damit an das Gesamtsystem Erde-Luft.

Robert

Erst wenn die Erdatmosphäre weitgehend durchflogen ist, wird die Rakete in die gewünschte Richtung gesteuert, wobei die Energie dafür aus dem Treibstoff kommt. Es ist also egal in welchen Orbit die Nutzlast beschleunigt wird.

Robert, das ist nicht richtig. Es sollte z.B. klar sein, dass die Auswirkung auf die Erdrotation jeweils entgegengesetzt ist, wenn eine Rakete nach Osten oder Westen startet. Einmal wird der Drehimpuls der Erde verringert, das andere mal erhöht.

Gruss
Edgar

So wie ich das sehe muss man unterscheiden, ob es sich um einen Raketenstart oder den Start mittels einer Kanone handelt. Im zweiten Fall würde der Rückstoß selbstverständlich seinen Beitrag (mit positivem oder negativem Vorzeichen) zum Drehimpuls der Erde leisten.

Robert