Benutzer Diskussion:Bleckneuhaus/Trägheitskraft

Pyrrhocorax

Hallo! Ich gehe Deinen Vorschlag mal der Reihe nach durch:

• Die Trägheitskraft oder Scheinkraft ist eine Kraft, die unter bestimmten Bedingungen auf einen Körper einwirkt und dann bei der physikalischen Erklärung seiner Bewegung benötigt wird. - Es ist das Wesen jeder Kraft, dass sie nur unter bestimmten Bedingungen auf einen Körper einwirkt und dass sie für die "Erklärung" seiner Bewegung benötigt wird.
• ... wenn der Ort des betrachteten Körpers nicht auf ein Inertialsystem bezogen wird, sondern auf ein Bezugssystem, das sich gegenüber einem Inertialsystem selber in beschleunigter Bewegung befindet. - Das ist meiner Meinung nach zu umständlich und für Laien auch zu komplex.

Diesen Anfang würde ich daher so umformulieren: Die Trägheitskraft oder Scheinkraft ist eine Kraft, die auf einen Körper einwirkt, ohne durch ein äußeres Feld oder einen anderen Körper verursacht zu werden. Sie entsteht vielmehr dadurch, dass die Bewegung des Körpers nicht in einem Inertialsystem sondern in einem beschleunigten Bezugssystem beschrieben wird. Die Trägheitskraft ist dabei immer proportional zur Masse des Körpers.

• Wer in einem Kettenkarussell sitzt, wird durch die Zentrifugalkraft von der Drehachse weg nach außen gedrängt. In einem nach oben anfahrenden Fahrstuhl wird die Einwirkung der Schwerkraft durch eine Trägheitskraft verstärkt, beim Anfahren nach unten verringert. Das gleiche geschieht im Riesenrad beim Passieren des tiefsten bzw. höchsten Punktes. In einem anfahrenden bzw. bremsenden Auto wird man durch die Trägheitskraft in den Sitz bzw. in die Gurte gedrückt. - Ich finde es einigermaßen verwirrend, dass der Leser vier Beispiele gleichzeitig lesen, verstehen und einordnen soll. Wäre es nicht besser, sich hier auf ein Beispiel zu beschränken und dieses allerdings etwas tiefer auszuarbeiten?

Verbesserungsvorschlag: Alice sitzt in einem stark beschleunigten Sportwagen. Bob, der die Situation vom Straßenrand beobachtet, beschreibt die Situation wie folgt: Damit der Körper von Alice mit dem Auto mitbeschleunigt wird, muss der Sitz eine beschleunigende Kraft $F$ auf Alice ausüben. Alice spürt diesen Druck und schließt daraus, dass sie mit der Kraft $F^{\ast }=-F$ in den Sitz gepresst wird. In ihrem Bezugssystem (dem Auto) befindet sie sich im Kräftegleichgewicht. Die beiden Kräfte $F$ und $F^{\ast }$ heben einander auf. Bob hingegen kann kein Kräftegleichgewicht erkennen. Im Gegenteil: Für ihn ist die $F^{\ast }$ eine bloße Scheinkraft, denn in seinem Bezugsystem wird Alice durch die reale Kraft $F$ beschleunigt. Für Alice ist $F^{\ast }$ aber genauso real. Von einem neutraleren Standpunkt aus ist es daher besser, von einer Trägheitskraft statt von einer Scheinkraft zu sprechen, denn die Ursache der Kraft ist die Trägheit. Unter Umständen ist diese Geschichte für die Einleitung aber zu umfangreich und daher besser im Hauptteil des Artikels aufgehoben.

• Eine weitere bekannte, aber weniger intuitive Trägheitskraft ist die Corioliskraft.... Das halte ich für die Einleitung zu speziell und zu kompliziert. Im Hauptteil des Artikels darf es aber gerne einen Abschnitt dazu geben, selbstverständlich mit einem Verweis zum entsprechenden Hauptartikel.

• Von der oben beschriebenen Trägheitskraft ist der Begriff der d'Alembertschen Trägheitskraft zu unterscheiden, ... - Ist sie das wirklich? Ich meine nicht. Der Trick von d'Alembert ist einfach der, dass er aus einem beschleunigten ein statisches Problem macht, indem er die Trägheitskräfte als reale Kräfte annimmt. Das ist genau dasselbe, was Alice in dem obigen Beispiel getan hat. Die Anwendung der d'Alembertschen Trägheitskräfte ist also nichts anderes als die Transformation des Problems ins Ruhesystem des Körpers.

Das soll erstmal reichen. --Pyrrhocorax (Diskussion) 18:05, 2. Nov. 2013 (CET)

Hallo Pyrrhocorax: Das muss man Dir lassen - wo Du recht hast, hast Du recht (und wo nicht, nicht). Ich übernehme Deinen 1. Satz, aber mit Verbesserungen:

• Physik soll eingangs als Rahmen genannt werden, wg. Abstimmung zur Techn. Mech.
• Die Verneinung von Inertialsystem im Satz erst hinter dem Stichwort Bezugssystem
• Dass eine Kraft "entsteht" ist vielleicht keine günstige Wortwahl, weil zu dicht an der Frage, ob die Kraft etwas "reales" ist. Ich finde "tritt in Erscheinung" viel besser, insbesondere in Verbindung mit dem unausgesprochenen Hinweis auf die Tätigkeit des analysierenden Physikers, die in ".... betrachtet wird" unterstellt wird.
• Dass auch die Ruhe zu den erklärungsbedürftigen Bewegungen gehört, muss (für OMA) hier wohl gesagt werden.
• Die Beispiele überladen die Einleitung, richtig. Aber Zentrifugalkraft und Ruck beim Anfahren sollten mindestens hier genannt sein. Ich habs gekürzt
• Zusammen mit den Beispielen sollen auch das betreffende Inertial- und beschleunigtes BS genannt werden.
• Die nähere Erklärung des Zustandekommens lieber in einen eigenen Abschnitt.
• Bei d'Alembert möchte ich es so lassen. Das Thema stellt eine der größten Quellen von Verwirrung dar, die später im Artikel vielleich auch dargestellt werden sollte. (Siehe dazu auch die Disk mit Wruedt vor 1,5 Jahren etwa). Ich möchte zur Klärung beitragen, indem hier zuerst mal eine klare Definition gebracht wird, die überigens haargenau mit dem übereinstimmt, wie die d'Al.-Kraft in der Technischen Mechanik tatsächlich benutzt wird (soweit ich in Standardbüchern gesehen habe). Dass diese Kraft manchmal gerade mit der Trägheitskraft übereinstimmt, macht die Begriffe noch nicht gleich, stiftet aber eben - wie gesagt - leicht Verwirrung. Gegen die begriffliche Gleichsetzung habe ich mehrere prinzipielle Einwände: 1. Die d'Alembert-Kraft "wirkt" nie (daher hatte schon letztes Jahr der Ingenieur große Schwierigkeiten, sich mit meinem ersten Satz "Eine Trägheitskraft oder Scheinkraft ist diejenige Kraft, die auf einen Körper zusätzlich wirkt, ...." abzufinden. 2. Bei der Transformation ins Ruhesystem des Körpers müssten die Kräfte lorentztransformiert werden, bleiben also nicht die gleichen. Daher halte ich es für unzulässig, die übliche Bewegungsgleichung mit d'Alembertkraft (F - F_T = 0) als im Ruhesystem des Körpers gültig zu nehmen. (Für den praktischen Anwendungsbereich der TEchn. MEch. ist das wohl vollkommen unerheblich, soll aber für uns hier den begrifflichen Unterschied klarmachen.) -

Geänderte Ansicht: Inzwischen kann ich "d'Alemb. TK ist die newtonsche TK im Schwerpunktsystem des Körpers" zustimmen. Wichtig ist mir dabei der Hinweis auf Newton, der ohnehin im ganzen Artikel betont wird. Ich schreibe lieber Schwerpunktsystem, weil das Ruhesystem ein rotierendes sein könnte, wo mir die Sache unübersichtlich wird. Über Trägheitskräfte außerhalb der Newtonschen und d'Alembertschen Mechanik weiß ich übrigens nichts genaues. --jbn (Diskussion) 10:57, 11. Nov. 2013 (CET)

So weit für heute. Sieh (seht) bitte mal wieder den Text [1] an (nach dem von gestern angefügt) Danke für den Kommentar und fürs Abarbeiten der Redundanzbapperl. Ich guck aber heute wohl nicht mehr drauf. Gruß - --jbn (Diskussion) 17:53, 3. Nov. 2013 (CET)

Kein Einstein

Hallo. Ich gehe auch mal nur die Einleitung durch und gebe Rückmeldung im Text. Ändere, wie dir genehm ist.

Die Trägheitskraft der Newtonschen Mechanik ist eine Kraft, die auf einen Körper einwirkt, ohne durch ein äußeres Feld oder einen bestimmten anderen Körper verursacht zu sein.

• aber ein "unbestimmter" Körper kann es schon sein? "Bestimmten" einfach raus.

Ich wollte logisch einen Platz frei lassen für das Machsche Prinzip.Versuchsweise kann "bestimmter" raus.

• Hier vielleicht NewtonIII direkter erwähnen, der Punkt ist doch diese Verletzung von Actio/Reactio...

Sie tritt genau dann in Erscheinung, wenn die Bewegung des Körpers relativ zu einem Bezugssystem betrachtet wird, das sich gegenüber einem Inertialsystem in beschleunigter Bewegung befindet.<ref group="Anm.">Dabei umfasst der Begriff "Bewegung des Körpers" auch sein Verharren an einem festen Ort des beschleunigten Bezugssystems. Die "beschleunigte Bewegung" des Bezugssystems umfasst außer geradlinigen Beschleunigungen auch gleichförmige oder beschleunigte Drehbewegungen. Zu den "geradlinig-gleichförmigen" Bewegungen gehört auch der Fall der Geschwindigkeit Null.</ref>

• wikilink auf Beschleunigung einbauen

klar!

Anders als die vier Grundkräfte der Physik und die aus der alltäglichen Erfahrung vertrauten Kräfte, die sich aus ihnen ableiten, unterliegt die Trägheitskraft nicht dem dritten Newtonschen Axiom „actio = reactio“.

• Wenn nicht durch Einbau weiter vorne erledigt, dann kürzer. Auch die Trägheitsktaft ist ja aus der alltäglichen Erfahrung vertraut... Hier fände ich die bisherige Formulierung im Artikel besser.

Die neue Formulierung ist deutlich kürzer. Aber ich probier mal Einbau der alten.

Die Trägheitskraft ist immer proportional zur Masse des betreffenden Körpers und zu seiner Beschleunigung. Obwohl die Trägheitskraft im Alltag oft erhebliche praktische Auswirkungen hat und deshalb fester Bestandteil der Erfahrung ist, wird sie in der Newtonschen Mechanik auch Scheinkraft genannt. Sie tritt eben gar nicht in Erscheinung, wenn man die betreffende Bewegung des Körpers von einem Inertialsystem aus betrachtet. Die der Trägheitskraft zugeschriebenen Wirkungen erweisen sich dann ausnahmslos als Folge solcher Kräfte, die auf die Grundkräfte der Physik zurückgehen.

• Letzter Satz: Wozu???

Jetzt besser angeschlossen?

Im Alltag bildet die feste Erdoberfläche näherungsweise ein Inertialsystem. Man bemerkt die Wirkung von Trägheitskräften häufig, wenn man gegenüber dem festen Erdboden beschleunigt wird und währenddessen den eigenen Körper und eventuell seine nähere Umgebung intuitiv zum Bezugssystem seiner Beobachtungen nimmt. Beipiele sind der Ruck beim Anfahren oder Bremsen der Straßenbahn oder des Fahrstuhls, die Zentrifugalkraft bei Kurvenfahrten z. B. im Auto, Riesenrad, Kettenkarussell. Weniger intuitiv verständlich ist die Corioliskraft, die z. B. großräumige Luftströmungen aufgrund der Rotation der Erdoberfläche zu Hoch- und Tiefdruckwirbeln formt.

• Sprachlich geht da noch was, aber im Grunde OK

na dann später ...

Die gemeinsame Eigenschaft aller Trägheitskräfte, dass sie zur Masse des betreffenden Körpers proportional sind, gilt auch für die Gravitation. In welchem Sinne es sich auch bei der Gravitation tatsächlich um eine Trägheitskraft handelt, wird in der Allgemeinen Relativitätstheorie gezeigt.

• Zweiter Satz: Geht es auch direkter: Die ART sieht die Gravitation als Scheinkraft. Punkt.

Dass die gemeinsame Eigenschaft noch kein definierendes Unterscheidungskriterium ist, hat im Umeld so vieler Grundbegriffe OMA nicht so schnell eingeleuchtet. Daher bleibt erstmal die ausführlichere Version.

Von der oben beschriebenen Trägheitskraft in der Newtonschen Mechanik zu unterscheiden ist der Begriff der d'Alembertschen Trägheitskraft,

• Wenn das einen eigenen Artikel hat, dann soll das hier nicht fett, höchstens kursiv sein.

d'Alembertsche Trägheitskraft und deroselben Prinzip brauchen endlich vernünftige eigene Artikel. Das wikilink ist hier nur ein Vorgriff.

die aufgrund ihrer Anschaulichkeit und praktischen Nützlichkeit in der Technischen Mechanik vielfach angewandt wird. Die d'Alembertsche Trägheitskraft wird auch als Trägheitswiderstand bezeichnet. Sie ist definiert als das negative Produkt aus Masse des betrachteten Körpers und seiner Beschleunigung. Die d'Alembertsche Trägheitskraft wirkt also nicht selber als eine weitere Kraft auf den Körper ein, sondern ist nach dem zweiten Newtonschen Axiom gerade entgegengesetzt gleich groß wie die gesamte auf den Körper einwirkende Kraft. Daher ist Summe der von außen einwirkenden Kraft und der d'Alembertschen Trägheitskraft immer Null. Dies wird in der Technischen Mechanik auch als dynamisches Gleichgewicht bezeichnet.

• OK. Mal sehen, ob das Wruedt so taugt.
• Die Trägheitskräfte werden in der Technischen Mechanik und im Msschinenbau (oder nur eines) auch Massenkräfte genannt.

eingefügt

Hallo KE, ich hab (fast) alle Deine Anregungen mal umgesetzt. Nun mal wieder mit Abstand ansehen. Großen Dank! --jbn (Diskussion) 15:03, 9. Nov. 2013 (CET)

Zipferlak

• Einleitung insgesamt sehr gelungen !
• Im ersten Satz würde mir "Klassische Mechanik" besser gefallen als "Newtonsche Mechanik", zumal Newton selbst ja wohl noch nicht mit Trägheitskräften gearbeitet hat. (Er führt die Zentripetalkraft ein; die Zentrifugalkraft ist hingegen eine Erfindung von Huygens.)

N.'sche Mechanik ist laut unserem Didaktiker schon richtig. Das d'Alembertsche Prinzip (keine Arbeit von Zwangskräften) geht nämlich über Newton hinaus und ist bzw. war der Weg zur d'Al. Trägheitskraft.

• "Kräfte aus der alltäglichen Erfahrung": Da fallen mir Schwerkraft, Kontaktkraft, Magnetkraft, (lineare) Trägheitskraft und Zentrifugalkraft ein. Woher soll der physikalisch unverbildete Alltagsmensch wissen, welche dieser Kräfte sich aus den Grundkräften ableiten ? Ich glaube, er weiß es nicht und kann es nicht wissen. Der Text ist an dieser Stelle selbstreferenziell.

Hast recht, aber ich wusste nichts bessres. Nach KEinsteins Anregungen umgebaut, ist es jetzt wohl besser.

• "Die Trägheitskraft ist immer proportional zur Masse des betreffenden Körpers und zu seiner Beschleunigung." - Nein, nicht proportional zur Beschleunigung des Körpers, sondern proportional zur Beschleunigung des Bezugssystems gegenüber dem Inertialsystem. Die gleiche Ungenauigkeit kommt im Abschnitt "Erläuterung der Trägheitskraft in der Newtonschen Mechanik" noch einmal vor.

behoben

• "Sie tritt eben gar nicht in Erscheinung, " --> Sie wird zur physikalischen Erklärung der Realität nicht benötigt, ...
• Die Existenz des Abschnittes über die ART scheint nicht konsistent mit der Einordnung der Trägheitskraft in die klassische Mechanik zu sein

Jetzt deutlicher, dass damit die Grenze überschritten wird.

• Erläuterung der Trägheitskraft in der Newtonschen Mechanik, Erläuterung der d'Alembertschen Trägheitskraft: Sehr schön (bis auf oben bereits erwähnte Ungenauigkeit)
• Ruck beim ... : Erwähnt werden könnten noch die Trägheitskräfte beim Aufprall (mit dem Auto gegen die Wand, mit dem Kopf gegen die Decke, beim Sturz mit dem Körper gegen den Boden...); dies ist aber nicht immer ein "Ruck"; wenn ich in einem bremsenden Zug nach vorne laufe, laufe ich "bergauf"; im Fahrstuhl fühle ich mich mal leichter, mal schwerer... Schade, dass es für diese (lineare) Trägheitskraft keinen eigenen Namen gibt.

Sehr einverstanden! Aber der Satz wird mir zu lang. Mach Du's.

• Corioliskraft: Die "haptische" Erfahrung der Corioliskraft kenne ich vom Karussell auf dem Kinderspielplatz, dort habe ich sie meinen Töchtern demonstriert. Alles andere ist m.E. der unmittelbaren Anschauung nicht zugänglich und nur abstrakt verständlich.

Ja, die Physikerpapas. Ich auch, aber für WP ist das zu weit weg, denke (fürchte) ich.

• Mathematische Herleitung: Nicht durchgesehen.

--Zipferlak (Diskussion) 23:08, 6. Nov. 2013 (CET)

Danke Zipferlak! Nun wieder aufs NEue lesen! Gruß --jbn (Diskussion) 15:15, 9. Nov. 2013 (CET)

Debenben

Ich habe lange überlegt, ob ich wirklich kommentieren soll, aber die Diskussion hier scheint zur Abwechslung mal konstruktiv zu bleiben :) Anmerkungen:

1. Die Einleitung ist relativ lang. Vielleicht könnte man alles, was nach dem ersten Absatz kommt in einen extra Abschnitt Einleitung oder Übersicht auslagern
2. Den Satz "Im Alltag [...] Erfahrung." finde ich relativ nichtssagend. Man könnte stattdessen den nächsten Satz einfach mit "Im Alltag bemerkt man..." beginnen
3. "Von der oben beschriebenen Trägheitskraft in der Newtonschen Mechanik zu unterscheiden ist der Begriff der d'Alembertschen Trägheitskraft..." . Ich weiß, dass es gut gemeint ist und nur Verwirrungen vorbeugen soll, aber für die Behauptungen, dass sie sich unterscheidet braucht man zwangsläufig eine Quelle, die schreibt "man unterscheidet zwei Konzepte..." oder so. Bisher habe ich noch kein einziges Buch gesehen, das eine solche Unterscheidung vornimmt, daher sehe ich es genau wie Pyrrhocorax: Die d'Alembertsche Trägheitskraft ist äquivalent zur Betrachtung eines Körpers in seinem Ruhesystem. In der klassischen Mechanik ist es aus meiner Sicht völlig unstrittig: "...macht deutlich, dass der Übergang von F=m*a zu F-*a=0 gleichbedeutend ist mit dem Übergang vom Bezugssystem eines äußeren Beobachters in das Bezugssystem eines mitbeschleunigten Beobachters" [2]
4. Auch wenn man die Kräfte lorentztransformiert ändert das ja nichts an der Tatsache, dass sich im Ruhesystem alle Kräfte per Definition zu Null addieren. Wenn man jetzt mit dem d'Alembertschen Prinzip Bewegungsgleichungen aufstellt macht man das einfach, indem man bei den virtuellen Verrückungen die Zeit als vierte Dimension dazunimmt. Entsprechend würde ich als d'Alembertsche Trägheitskraft dann die Trägheitskraft im Ruhesystem des Körpers sehen und nicht die im Inertialsystem (da würde es ja einen Unterschied machen, je nachdem welches Inertialsystem man nimmt). Für praktische Anwendungen nimmt man die Energie-Impuls-Beziehung und erhält die Klein-Gordon-Gleichung.
5. "in Richtung zum Kurvenmittelpunkt"
6. Bei Arten von Trägheitskräften könnte man bei den ersten Beispielen noch schreiben, dass die Personen sich gegenüber dem beschleunigten Bezugssystem nicht bewegen, weil die Kräfte sich ausgleichen.
7. Bei der Corioliskraft sollte man schreiben, dass sie nur Auftritt, wenn Dinge sich gegenüber dem beschleunigten Bezugssystem bewegen. Das Beispiel finde ich noch suboptimal, weil man meinen könnte, die Corioliskraft hängt nicht von der Bewegung des Flugzeugs ab. Ich weiß, dass Beispiele für Corioliskraft immer schwierig sind, aber ich werde mal schauen, ob ich ein besseres hinbekomme.
8. "Die Coriolis-Kraft tritt nicht nur auf, wenn die Geschwindigkeit des Körpers in einem rotierenden Bezugssystem genau radial nach außen oder innen gerichtet ist, sondern sondern auch bei jedem anderen Winkel." Nein, eigentlich nicht. Wenn die Geschwindigkeit die gleiche Richtung wie omega hat, wird das Kreuzprodukt null. Senkrecht zu omega und r besitzt der Gegenstand sowiso die Geschwindigkeit r x omega, die ist für die Corioliskraft egal. Bei Beschleunigungen in die entsprechenden Richtungen ändert sich omega und dann ist die wirkende Kraft die Eulerkraft.
9. Mathematische Herleitung: Eigentlich ist der Titel irreführend, denn es wird nichts wirklich hergeleitet. Man könnte entweder auf die Herleitung im Artikel Beschleunigtes Bezugssystem verweisen oder man baut einen Abschnitt ein, wie ich es mal bei Zentrifugalkraft versucht habe [3]. Alternativ dazu der Vorschlag von Eulenspiegel [4], Abschnitt Allgemeine Herleitung der Trägheitskräfte, der aber nur für 2D ist. Die verwendten Variablen lassen sich dann im Fließtext erklären und man sieht gleich, wozu sie gebraucht werden.

weiter bin ich noch nicht gekommen--Debenben (Diskussion) 22:20, 10. Nov. 2013 (CET)

Danke, Debenben! Ich hab Deine Anm. nummeriert.

1. Länger sollte die Einleitung nicht werden, aber ich finde sie gut so: ein in sich abgeschlossener Text, der die Sache erklärt und den Leser auf einer bestimmten Ebene vorinformiert, was er in den folgenden Abschnitten länger und breiter erklärt kriegen wird, wenn er denn weiterlesen will.

2. Der Satz mit Alltag und Erfahrung soll vor der näheren physikalischen Erklärung stehen, weil (in Schule und zu Hause) solche Erklärungen oft deshalb abgewiesen werden, weil sie den Respekt vor der Alltags-Erfahrung vermissen lassen und diese einfach als irrige Sichtweise hinstellen. Man denke nur mal daran, was allein mit dem Wort "Scheinkraft" vermittelt wird.

3.-4. d'Alembert werde ich so umformulieren. Allerdings bin ich mir gar nicht sicher, ob "Ruhesystem" bei einem rotierenden Körper wirklich gut ist. Ich bevorzuge sicherheitshalber erstmal Schwerpunktsystem.

7.-9. Besseres Beispiel zu Coriolis-Kraft - gerne. Überhaupt denke ich an einen Unterpunkt ===Beispiele ===. " ... jeder andere Winkel" - das muss ich korrigieren.

Soweit erstmal. Gruß an alle Mitwirkenden!--jbn (Diskussion) 11:26, 11. Nov. 2013 (CET)