Du solltest noch mal die Schulbank drücken

Ashitaka , Mittwoch, 10.06.2015, 20:54 (vor 3858 Tagen) @ Leserzuschrift

Ja. Der gemeinsame Massemittelpunkt des Systems "Astronaut+Stab"
bleibt an Ort und Stelle.
Das hindert aber die einzelnen Massemittelpunkte von Astronaut und Stab
nicht daran, sich voneinander zu entfernen.

Wenn du nach dem Stab packst und ihn zu deinem Korpus bewegst, deinen Korpus zu ihm bewegst, oder den Stab von deinem Korpus wegbewegst, dich von dem Stab wegbewegst, dann seid ihr ein System. Auf euch wirken keine äußeren Kräfte ein.

Du kannst Dir den Massemittelpunkt als "Drehachse" einer Balkenwaage
vorstellen, an der die Gewichte auf beiden Seiten - unter Beibehaltung des
Gleichgewichts - immer weiter nach außen geschoben werden.

Nix Gewichtskraft, sondern Schwerelosigkeit. Der Massemittelpunkt eines Körpers setzt keine Gewichtskraft voraus.

Das gilt übrigens analog für das System "Rakete+Verbrennungsgase" in der
Schwerelosigkeit: dessen gemeinsamer Massemittelpunkt verharrt an
Ort und Stelle. Da sich die Gase aber von der Rakete entfernen, bleibt der
Rakete gar nichts anders "übrig", als sich in die entgegengesetzte
Richtung zu bewegen, um das "Gleichgewicht" zu halten.

Mit Gleichgewicht hat das überhaupt nichts zu tun. Die bisherigen Erklärungsansätze von Raktenantrieben starten allesamt beim fertigen Impuls. Newton's (Aktio/Reaktio) wird auf bereits vorhandene Massegeschwindigkeiten (Impulse) angewandt, ohne physikalisch zu erklären, wie denn überhaupt die notwendigen Massegeschwindigkeiten (Impulse) als Zustände erzielt werden, wenn eine Massebeschleunigung gegen ein Vakuum unmöglich ist. Die freie Expansion bzw. der bei deinem Arm fehlende Widerstand wird völlig vergessen. Stattdessen springen alle lieber zum fertigen Impuls über. So als könne man sich darüber unterhalten, wie ein Opel Karl sich bei 300 km/h verhält, ohne zu berücksichtigen, dass der Trümmer einen solchen Bewegungszustand nie erreicht.

> Exakt, es bedarf einer von außen auf dich gerichteten
Krafteinwirkung!

Nein, eben nicht: "von außen".
Die zum System "Astronaut+Stab" gehörende Armmuskulatur ist durchaus in
der Lage, diese Kraft aufzubringen.

Sie kann nur Kraft gegen Widerstände wirken lassen, dadurch chemische Energie in kinetische Energie wandeln. Da sind keine Widerstände. Sowohl der Stab, als auch der Astronaut ruhen im leeren Raum.

> Wo vor deinem Handgriff 2 Massen mit 2 Massemittelpunkten im Raum
ruhen, ist nach deinem Handgriff nur noch 1 Massemittelpunkt
vorhanden.

Nein. Der gemeinsame Massemittelpunkt von Astronaut und Stab war
auch schon da, bevor der Stab angefasst wurde, und die einzelnen
Massemittelpunkte von Stab und Astronaut verschwinden nicht.

Nein, vor dem Festhalten sind es 2 durch den leeren Raum isolierte Kräftesysteme. Nur wenn der Stab in deinem Greifradius aufwartet, kannst du danach greifen und ihr bildet fortan ein Kräftesystem, das keine Kraft auf irgendetwas auswirken kann und sich mangels fehlender einwirkender Kräfte auch nicht durch den Raum beschleunigen kann.

Man kann zu jedem System aus mehreren Massen einen gemeinsamen
Mittelpunkt angeben, ganz egal, ob sich die Massen berühren oder nicht.

Mit System ist ein Kräftesystem gemeint. Die Körper sind vorher isoliert.

Erde und Mond beispielsweise kreisen um einen gemeinsamen
Schwerpunkt,
der etwa 4700 km vom Erdmittelpunkt entfernt liegt.

Du bist bei Gravitationskräften. Ich rede von Reaktionskräften.

> Und du hast keine Chance, einen Stab auch nur einen Zentimeter
"wegzudrücken". Dafür bedarf es einwirkender Kräfte.

Mein Arm kann Kraft ausüben.

Du vergißt, dass auch du ein Körper bist, dessen Masse eine einwirkende Kraft erfordert (dessen Masse beschleunigt werden muss). Dein Körper beschleunigt nicht alleine wegen deiner Muskeln, sondern weil dein Körper auf einen Widerstand trifft. Du willst deinen Körper von einer Wand wegdrücken, beschleunigst also deine Masse in Richtung Wand (Aktion), die Muskelkraft wirkt gegen einen Widerstand, weshalb die Wand nun eine Massebeschleunigung (Reaktion) auf dich ausübt (Newtons 3. Gesetz). Und weil die Wand fest betoniert ist, sie also nicht elastisch sondern widerstandsfähig ist, ist es die Masse deines Körpers, die sich von der Wand durch den Raum weg beschleunigt.

Ohne Krafteinwirkung bliebe der Stab da, wo er ist.

> Er bleibt auch da wo er ist. Nur wenn er so neben dem Astronauten
ruht, dass dieser nach ihm greifen kann, ...

Ja, das hatte ich jetzt mal stillschweigend vorausgesetzt, dass sich der
Stab in Reichweite befindet.

Ja, das muss Voraussetzung sein.

> Nur wenn {...} der Astronaut danach greift, entsteht ein
Kräftesystem, dass durch den leeren Raum von äußeren Kräfteinwirkungen
völlig isoliert ist.

Ja, das erzähle ich doch die ganze Zeit!
Der Astronaut kann mit seiner Armmuskulatur eine Kraft auf den Stab
ausüben, ohne dass es dazu irgendwelcher "äußeren Kräfte" bedarf.

Er übt keine Kraft auf den Stab aus. Denn der Stab kann frei von Kräften bewegt werden. Es gibt keinen Widerstand gibt, der auch nur im entferntesten eine Umwandlung chemischer Ebergie in kinetische Energie ermöglicht. Ein Vakuum von 10^-13mBar bietet keinen Druck, sondern bietet jedem Körper eine freie Bewegung. Wenn du da oben ruhst, wartet nichts um dich auf, das einen Widerstand bietet. Wer von Impulserhaltung (Zuständen) träumt, der sollte erklären können, wie denn solche Zustände erreicht werden (die Kräfte = Massebeschleunigungen wirken).

> Wenn dich und den Stab nur Leere umgibt (Vakuum 10^-13mBar), der Stab
aber in dem Radius deiner Greifbarkeit liegt, dann musst du auf den Stab
keine Kraft ausüben, um ihn an dich heran zu ziehen.

Natürlich muss ich eine Kraft ausüben. Der Stab besitzt schließlich
eine Masse, also Trägheit, die sich einer Änderung seines
Bewegungszustandes widersetzt.

Das hatten wir schon. Der Stab besitzt das Potential (die Trägheit), kann aus seiner Trägheit aber in einem nicht beschleunigten Bezugssystem keine Trägheitskraft wirken lassen. Und in beschleunigten Bezugssystemen sollte man berücksichtigen, dass die Trägheitskraft keine beliebig brauchbaren Vektoren bietet, sondern diese von der Beschleunigung des Bezugssystems abhängig sind. Eine Reaktionskraft ist die Trägheitskraft ohnehin nicht. Sie ist das exakte Gegenteil einer Massebeschleunigung (m*a).

> Die einzige Kraft, die aufgewendet wird, ist die in deinem Körper,
um deine Muskelmasse anzuspannen/zu entspannen. Und das wird ohne äußeren
Widerstand 1. sehr langweilig und hat 2. keinerlei Massebeschleunigungen
zur Folge.

Also mein Körper ist nicht masselos. Wenn ich den Arm von der
Hüfte zum Gesicht bewege, dann benötige ich eine Kraft, um die Trägheit
des Armes zu überwinden.

Eine Trägheitskraft (-ma) wirkt in beschleunigten Bezugssystemen gegen eine Reaktionskraft (ma), nicht die Trägheit. Genausowenig richtet sich eine Kraft gegen Energie.

Und geht es dir nun darum, wie du Kräfte auf deinen Körper wirken lässt, oder muss nicht vielmehr ein äußerer Widerstand vorhanden sein, damit du dich als Ganzes (Körper) beschleunigen kannst? Was passiert, wenn du keinen Boden (äußere Masse) unter den Füßen hast, wenn ein Fisch keine Wassermmoleküle um sich hat oder ein Flugzeug zu hoch fliegt und die Luft zu dünn wird?

> Eine Kraft (Massebeschleunigung) muss nur einwirken, wenn eine
Trägheitskraft in die Vektorrichtung wirkt, in welche die Masse des Stabes
beschleunigt werden soll.

Das ist Unsinn.
Die Trägheitskraft ("reactio") ist eine Folge der auf den Stab
wirkenden Kraft ("actio") - und nicht umgekehrt!

Die Trägheitskraft (Scheinkraft) wirkt in einem beschleunigten Bezugssystem nicht in jede Vektorrichtung. Lese meinen Satz nochmal.

Kraft so: "Kraft ist ein
grundlegender Begriff der Physik. In der klassischen Physik versteht man
darunter eine äußere Einwirkung, die einen festgehaltenen Körper
verformen und einen beweglichen Körper beschleunigen kann."

Die Verformung eines Körpers lässt sich aber nicht als "Produkt =
Masse * Beschleunigung" beschreiben. Allein daran sieht man, dass diese
Formel eben nicht als Definition für "Kraft" taugt.

Ja genau, eine äußere Einwirkung. Und mal scharf nachdenken. Die Verformung wird hier als eine Folge der einwirkenden Kraft (Massebeschleunigung) beschrieben (",die einen...").

> Jetzt wird es ganz witzig. Denn jetzt verwechselt der angehende
Physikstundent etwas wesentliches, muss erst einmal etwas über Energien in
Erfahrung bringen.

Ach je; aus dem Alter des "angehenden Physikstudenten" bin ich heraus.
Und aus dem Alter, mich von
Rabulistik ins
Bockshorn
jagen zu lassen, auch.

Ich erkläre dir nur, dass eine chemische Kraft nicht mit einer kinetischen oder potentiellen Energie (Spannenergie) gleichzusetzen ist.

> An dem Arm ist vorher keine Spannarbeit verrichtet worden. Jetzt frag
dich mal, was notwendig ist, damit die Spannfeder zusammengestaucht wird.
Die Antwort: Einwirkende Kräfte -> Arbeit -> Spannarbeit.

Wenn Du im Biologie-Unterricht aufgepasst hättest, dann wüsstest Du,
dass die
Skelettmuskulatur
chemische Energie in mechanische umwandeln kann, und deshalb durchaus in
der Lage ist, Kräfte auszuüben und Arbeit zu verrichten, ohne vorher
"gespannt" werden zu müssen.

Nun, dies geht aber nur, wenn deine Muskeln gegen Widerstand arbeiten oder Widerstand bieten müssen (isometrische oder exzentrische Kontraktion). Sonst wird es nichts mit einer Umwandlung von chemischer Energie über Muskelkraft in kinetische Energie. Egal wie dick die Ärmchen trainiert werden.

> Es ist nur chemische Energie vorhanden, die erst durch Anspannung des
Muskels in kinetische Energie umgewandelt wird.

Aha. Einen Schimmer hast Du also doch, aber leider nur einen ziemlich
blassen:

> Für den Umwandlungsprozess bedarf es aber einer Anspannung des
Muskels (gegen äußeren Widerstand).

Das stimmt nicht.

Doch, der Körper selbst erfährt isoliert im leeren Raum keine kinetische Energie.

Erstens ist die Anspannung des Muskels eine Folge der
Energieumwandlung, und zweitens zeigt jeder
Muskelkrampf
eindrucksvoll, dass es dazu keines "äußeren Widerstandes" bedarf.

Das ist aber keine auf einen Körper einwirkende Kraft. Quizfrage: Könnte man mit Krämpfen erreichen, dass man seinem Körper beschleunigt? ^^

> Der Unterschied zur Spannenergie der Feder ist der, dass bereits eine
kinetische Arbeit vollrichtet wurde.

Ja, und?

Eine Frage wundert mich an dieser Stelle kaum.

Es geht ja nicht darum, was vorher war, sondern was passiert,
sobald die Arretierung der Feder gelöst bzw. der Arm bewegt wird, um den
Stab abzustoßen.

Nur in einer selektiv beschränkten Sichtweise. Natürlich geht es bei einer ehrlichen Ergründung darum, dass vorher Spannarbeit an einer Spannfeder vollrichtet wurde. Sonst hätte die Spannfeder keine Spannenergie zu bieten, müsste nicht in ihre alte Form zurückfinden, wenn das Hindernis gelöst wird. Genau das ist das Problem bei deinem Beispiel. Dein Arm ist alles andere als eine Spannfeder. Du greifst etwas auf, ohne über die Voraussetzungen nachzudenken. Aber danke, dass wir das so zumindest ausdiskutieren können.

>>> Du könntest auch gleich dazu übergehen und so tun, als würden
Raketen wie Pistolen funktionieren.

Ja. Physikalisch gesehen besteht da kein großer Unterschied.

> Nicht miteinander vergleichbar. Die exotherme Reaktion einer Rakete
soll im Vakuum stattfinden, nicht in einer Druckkammer (einem Körper), wie
z.B. dem Druck aufbauenden Lauf einer Pistole.

Doch vergleichbar, denn die Verbrennung findet ja in der Brennkammer
(Düse) statt und eben nicht erst im Vakuum, da dort der
Wirkungsquerschnitt
für die chemische Reaktion viel zu klein wäre.

Die Brennkammer ist in einem Vakuum. Und damit wirkt das Vakuum (10^-13mBar) auf die gewollte chemische Reaktion wie jedes Vakuum: ruhend langweilig. Kein Molekül muss sich darüber Gedanken machen, dass es Kraft in Richtung Vakuum aufwenden muss. Dass bei fehlender Massebeschleunigungen (Kraft) der Moleküle in Richtung Vakuum auch keine Massebeschleunigungen (Kraft) von Molekülen in Richtung vordere Brennkammerwand möglich ist, habe ich hier ja bereits zur Diskussion gestellt. Wie der Korridor/Winkel für solche Vektoren geöffnet werden soll, konnte mir hier niemand beantworten. Alles denkt bzw. schickt sich an, mitten drin anzufangen (Ist halt so!).

> Wo ist der äußere Widerstand, wenn du einen Arm im leeren Raum
ausstrecken oder an dich heranziehen willst?

Wo ist der äußere Widerstand, wenn sich die Feder nach dem Lösen der
Arretierung entspannt?

Die Spannfeder ist kein Arm. Es wird bei ihr keine chemische Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die Arretierung wird gelöst und die vorhandene Spannenergie (potentielle Energie) wird in kinetische Energie der nun beschleunigten Körper umgewandelt. Der unterschied zum Arm ist, dass die Spannfeder, um in ihre Ursprungsform zurück zu kommen, eine Ausdehnung zwischen dem davor und dahinter befindlichen Körpern beansprucht. D.h. es führt kein Weg daran vorbei, dass beide Körper ihren Bewegungszustand verändern.

Wenn hingegen ein Astronaut einen Stab wegzudrücken versucht, dann beschleunigt weder die Masse des Stabes, noch die Masse des Astronauten. Du verfällst leider dem Irrglauben, dass die Muskeln des Astronauten eine Kraft auf den Stab ausüben können. Doch da ist nichts, was einen Widerstand für eine Umwandlung bietet.

Ob die Kraft von der Feder oder vom Arm ausgeübt wird - das Resultat

ist das gleiche: Astronaut und Stab entfernen sich voneinander.
> Das Detail ist nicht irrelevant.

Doch. Aus physikalischer Sicht ist es egal, wie die Kraft entsteht,
die den Stab beschleunigt.

Nein, die Umwandlung von Spannenergien (Lageenergie) in kinetische Energien (Bewegungsenergie) ist leider etwas völlig anderes, als die Umwandlung chemischer Energien (chemischer Verbindung in einem Energieträger), über chemische Reaktionen bzw. Volumenausdehnungen (Verbrennung, Oxidation), in kinetische Energie. Schon deshalb, weil physikalische Vorgänge umkehrbar sind und chemische Reaktionen nicht umkehrbar sind, sollte man hier nicht überheblich wie es anschickt von einer Irrelevanz ausgehen.

> Erkläre doch mal, wie die chemische Energie ohne äußere
Widerstände im leeren Raum durch deinen Arm in kinetische Energie
umgewandelt wird.

Hier findest Du den Stand der Forschung:
Beschreibung
des Kontraktionsmechanismus.

Kein Wunder, dass du nur den Link setzen magst. Lese dir mal durch, was dort weiter unten über notwendige Widerstände bei isometrischer oder exzentrischer Kontraktion erklärt wird.

--
Der Ursprung aller Macht ist das Wort. Das gesprochene Wort als
Quell jeglicher Ordnung. Wer das Wort neu ordnet, der versteht wie
die Welt im Innersten funktioniert.