Mühsam ernährt sich das Eichhörnchen

Leserzuschrift , Dienstag, 09.06.2015, 13:17 (vor 3859 Tagen) @ Ashitaka

> Du kannst den Arm anziehen, ihn ausstrecken, ihn wieder anziehen, als Kräftesystem (Astronaut+Stab) bewegt sich euer Massemittelpunkt keinen Zentimeter durch den Raum.

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.
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.

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.

>>> Egal wie Stark dein Wille ist, du verschiebst nur euren Mittelpunkt in einem leeren Raum, weil keine einwirkenden Kräfte vorhanden sind.

Doch. Das ist ja der Witz. Um diese Mittelpunkte von Körper und Stab verschieben zu können, bedarf es einer Krafteinwirkung. Von nichts kommt nichts!

> 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.

> 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.

Man kann zu jedem System aus mehreren Massen einen gemeinsamen Mittelpunkt angeben, ganz egal, ob sich die Massen berühren oder nicht.
Erde und Mond beispielsweise kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt, der etwa 4700 km vom Erdmittelpunkt entfernt liegt.

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

Mein Arm kann Kraft ausüben.

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.

> 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.

Deine Formulierung, wonach der "leere Raum von äußeren Kräfteinwirkungen {...} isoliert", ist allerdings Unsinn. Kraftfelder wirken auch im leeren Raum.

> 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.

Außerdem schreibst Du oben gerade noch: sobald "der Astronaut danach greift, entsteht ein Kräftesystem".

> 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.

Der Stab besitzt eine Masse, also Trägheit, und um diese zu überwinden muss eine Kraft einwirken, andernfalls verharrt der Stab im Zustand der Ruhe.

> 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!

>>> Kraft ist die "Beschleunigung einer Masse" und nur als ein solches Produkt definierbar.

Kraft ist nicht als Produkt aus "Masse * Beschleunigung" definiert.

> Es wird absurd. Nun gelten physikalische Gesetze nicht einmal mehr, weil du mit deinen Erklärungen nicht weiter kommst.

Du kennst anscheinend nicht mal den Unterschied zwischen einer Definition und einer Formel.

Bei Wikipedia liest sich die Definition für 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.

>>> Auch ich besitze eine Muskulatur, die ich regelmässig trainiere. Kann ich deshalb aus mir selbst heraus (nur durch Mukkis) die Masse eines anderen Körpers beschleunigen?

Ja. Vielleicht solltest Du es einfach einmal probieren, anstatt nur theoretisch darüber zu philosophieren...

> Das ist ja das dumme. Ich philosophiere hier nicht. Wenn auf mich neben der Gravitationskraft keine Kräfte einwirken (vom Boden, Wasser, Luft), ich nach Newtons 3. Gesetz also auch auf keine Massen einwirke, dann bewegt sich mein Körper keinen Zentimeter (keine Reaktion ohne Aktion).

Lies noch mal nach. Du sprachst vom Beschleunigen der "Masse eines anderen Körpers".

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Wir ersetzen den Rumpf des Astronauten durch einen starren (physikalischen) Körper und den Arm durch eine Spiralfeder.

1. Die Spiralfeder wird gestaucht (zusammengepresst) und in dieser Position arretiert.
2. An dem einen Ende der Spiralfeder wird der starre Körper befestigt.
3. Das Schwert wird dicht vor das andere Ende der Spiralfeder gebracht, ohne es mit dieser fest zu verbinden.
4. Dieses System aus starrem Körper, Feder und Schwert befindet sich in Ruhe; es wirken keine äußeren Kräfte.
5. Die Arretierung der Spiralfeder wird gelöst.
6. Die Spiralfeder übt nun nach vorn eine Kraft auf das Schwert aus und nach hinten auf den starren Körper.
7. Das Schwert wird nach vorn beschleunigt und der starre Körper nach hinten.
8. Die Kraftwirkung endet, sobald die Feder ihre normale Länge erreicht hat.
9. Das Schwert und der starre Körper fliegen fortan mit konstanter Geschwindigkeit auseinander.

>>> Du hast das Beispiel "ruhender Astronaut/Stab" nicht Bezug nehmend ersetzt, sondern führst stattdessen mit der Spiralfeder einen völlig abseitigen (aber interessanten) Gedankenversuch ein, der physikalisch auch völlig anders zu beurteilen ist und keinen Vergleich zu meinem Beispiel (ruhender Astronaut, ruhender Stab) bietet.

Doch. Physikalisch ist das gleich. Der die Kraft ausübende Arm des Astronauten wird durch eine Kraft ausübende Spiralfeder ersetzt.

> 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.

> 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.

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

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

Ja, und?
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.

>>> 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.

> 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?

>>> Durch die Lösung der Spann-Feststellung wirkt nun die Massebeschleunigung (Kraft) der Feder auf die davor und dahinter gespannten Körper ein, wodurch sich deren Massen jeweils beschleunigen.

Genau!

> Ja und bei der Spannfeder ist es, wie beschrieben, etwas völlig anderes, als bei einem Körper, der nur chemische Energie zu bieten hat und sie nicht in kinetische Energie umwandeln kann.

Vielleicht solltest Du Dich doch einmal damit beschäftigen, wie Muskeln funktionieren.

>>> Der Unterschied zu meinen Erklärungen ist, dass hier eine Möglichkeit besteht, eine Zurückgewinnung der potentiellen Energie einer gestauchten, elastischen Feder in Form einer kinetischen Energie der davor und dahinter gespannten Körper zu bewirken.

Dieses kleine Detail ist irrelevant.
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.

> 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.

> Und bitte beim Thema bleiben, statt den nächsten Fluchtweg zu suchen.

Wir sind die ganze Zeit beim gleichen Thema: ob/wie/dass sich der Astronaut vom Stab abstoßen kann und welche Auswirkungen das hat.

> Du verfällst einer unterhaltsamen Überheblichkeit. Danke für deine Teilnahme und Zeitopferung.

Gern geschehen.