Physik Forum

[boooga]

Hi Leute,
habe eben etwas gelesen, was mich ein wenig stutzig macht...

Eine vertikal fallende Masse zieht eine sich horizontal bewegende Stecknadel.

Das Gewicht der Masse beträgt 5t, das Gewicht der Stecknadel 1g.
Wir befinden uns im reibungsfreien Vakuum und haben unendlich viel Platz zur Verfügung. Die Masse wird mit dem Ortsfaktor g=9,81 m/s² beschleunigt.

Die Frage ist nun: Kann die Stecknadel Lichtgeschwindigkeit erreichen? Wenn ja, wann?

Hier nochmal die Skizze (wie gesagt, im reibungsfreien Vakuum):
http://img410.imageshack.us/my.php?image=elefantstecknadelfx3.jpg

[nepi]

Nach den Gesetzen von Newton wird die Stecknadel nach unendlicher Zeit unendlich schnell. Also auch ein Unendlichfaches der Lichtgeschwindigkeit.

Nach Einstein kann aber keine Masse jemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Die Masse ist bei hohen Geschwindigkeiten nicht mehr konstant, sondern eine Funktion von der Geschwindigkeit (die berühmte Formel E=m*c^2 heißt genauer E=m(v)*c^2) und nimmt zu. Man kann sich der Lichtgeschwindigkeit also nur asymptotisch annähern.

[boooga]

Vielen Dank nepi!
Jetzt bin ich in Physik leider noch nicht soweit, als dass ich die Relativitätstheorie genauer untersucht hätte.
Könnte mir evtl. jemand kurz erläutern was die Buchstaben bedeuten?
Danke im Vorraus!

[XxPeDxX]

E heißt Energie, m ist die Masse und c ist eine Konstante, unzwar die Lichtgeschwindigkeit (sprich: 300.000km/s)

Ich hab mit Newtons Theorien berechnet, dass der Stecknadelkopf nach 6,116207951 Sekunden die Lichtgeschwindigkeit erreicht hat.
JAA, auch ich war überrascht über dieses Ergebnis und musste 2mal nachrechnen. Dennoch scheint es nach Newtons Theorie zu stimmen!

Nun könnte man aber auch mit Einsteins Relativitätstheorie an die ganze Sache rangehen, die etwas populärer ist!
Einstein behauptet, dass nur Lichtwellen bzw. Photonen die Lichtgeschwindigkeit erreichen können. Für Einstein gab es auch nichts schnelleres als die Lichtgeschwindigkeit!

Mit Newtons Formeln und Gleichungen allerdings, kann man auch schnellere Geschwindigkeiten berrechnen. Allerdings wirklich nur berechnen

Wie sich die Nadel nun wirklich verhalten würde, darüber könnte man nur weitere Thesen und Theorien aufstellen, denn keiner könnte dieses Experiment verwirklichen

MfG
XxPeDxX

P.S Falls du noch weitere Fragen hast, stehe ich dir gerne zur Verfügung^^

[boooga]

Also so wie ich das jetzt verstanden hab wird die Masse des beschleunigten Gegenstandes mit zunehmender Geschwindigkeit immer "unkonstanter" (schwerer ?!) und kann dadurch keine Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Aber: Mehr Masse ist doch laut Newton dann größere Beschleunigung. Wieso ist dies bei Einstein nicht so?
Wenn die Masse leichter würde dann könnte ich es an Einsteins Theorie auch verstehen...

[XxPeDxX]

Hi booga!

Also "unkonstanter werden", darf man nicht sagen *g*
Das die Masse nicht mehr konstant bleibt heißt einfach nur, dass die Masse nicht immer denselben Wert hat.
Richtig ist allerdings, dass sie schwerer wird!
Bin mir aber nicht ganz sicher ob es auch daran liegt, dass Massen die Lichtgeschwindigkeit nicht erreichen können.
Ich glaube bei Newton hast du dich bisschen verwirren lassen, denn größere Masse heißt nicht direkt größere Beschleunigung. Aber eine größere Masse kann mehr Kraft aufwenden und somit eine größere Kraft abgeben und somit auch zu einer größeren Beschleunigung führen.
Also in unserem Fall hat der Elephant eine größere Masse und kann somit der Nadel eine große Kraft geben, damit diese schnell beschleunigt wird.
Ich hoffe, dass ich damit die Frage beantwortet habe, da ich sie auch nicht 100% verstehe xD. Falls nicht versuch mir einfach deine Frage genauer zu schildern.
Doch was feststeht ist, dass größere Masse keineswegs größere Beschleunigung heißt. Das kannst du auch nachguggen unter:
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/mechanik2/bewegung/newton2.htm

Was dich noch interessieren könnte:
Man hat es bisher geschafft Massen auf 99.9999991% der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. (siehe LHC)

MfG
XxPeDxX

[nepi]

Nur noch mal am Rande:
Diese Aufgabe mit dem Stein, der die Nadel zieht, ist ein wenig missverständlich gestellt: Der Stein kann mit seiner Gewichtskraft die Nadel nur belasten, wenn er exakt die gleiche Geschwindigkeit hat wie die Nadel selbst. Ist ja durch das Seil kinematisch gekoppelt.
Also sind beide Körper zu beschleunigen. Und damit ist die Beschleunigung für jeden Körper wieder genau g.
(Was ist "schwerer", Blei oder Federn?)
Im Vakuumtunnel einer Länge von einem Lichtjahr, in dem überall die konstante Schwerebeschleunigung g=9.81m/s^2 gilt, könnte eine beliebige Masse nach Newton in 353.7 Tagen auf c=299792458m/s beschleunigt werden. Dabei legt sie also fast ein Lichtjahr zurück.

[nepi]

Korrektur: Das mit dem Lichtjahr stimmt natürlich nicht...

[boooga]

@PeD: ja das war mir klar, dass nur die Kraft größer wird (hab mich vllt. etwas unglücklich ausgedrückt^^)
@nepi: Das Beispiel verstehe ich nicht

Also ich will nochmal ne konkrete Frage formulieren, damit das Thema für mich einigermaßen zufriedenstellend abgeschlossen ist:

Was genau passiert wenn der/die Körper fast Lichtgeschwindigkeit erreichen? Wieso beschleunigen sie nicht auch noch diese 0.0000009%?

Wäre nett wenn ihr mir diese Frage auch noch beantworten könntet!

LG boooga

[XxPeDxX]

[nepi]

Tja. Das mit der Kraft stimmt, aber der Elefantenstein befindet sich ja selbst im Schwerefeld, wo eine BESCHLEUNIGUNG von genau a=g herrscht. Wie soll er da etwas auf eine höhere Geschwindigkeit als sich selbst beschleunigen???????
Genaugenommen wird sich die Nadel sogar mit etwas weniger als g beschleunigen lassen, weil ihre eigene Masse (sehr klein) nur zur Trägheit des Systems, aber nicht zur Beschleunigung beiträgt.

[XxPeDxX]

Gute frage nepi xD.. ich hab mir das so vorgestellt, dass der Faden immer kürzer wird.. also es gibt ja an sich keinen Faden.
Hab mir eine Verbindung in Form eines imaginären Fadens vorgestellt. Somit beschleunigt der ziehende Faden..
Hoffe ist zu verstehen xD

MfG
XxPeDxX

[boooga]

Also um das Thema mal abschliessend zu klären...wir haben uns nur auf die Newton'schen Axiome Berufen und haben Einstein mal aussen vor gelassen.
Die Frage war nun aber nicht OB der Körper Lichtgeschwindigkeit erreichen kann sondern wann er dies tut. Nach der Rechnung unseres Lehrers kamen nun diese 6,116207951 Sekunden von PeD raus...da dieses Ergebins aber nicht stimmen konnte, hat unser Lehrer gefragt wo sein Denkfehler in der Rechnung war... und so kommen wir zum Ergebnis von nepi, nämlich 353,7 Tage denn unser Lehrer hatte einfach die 0.001kg der Stecknadel unterschlagen...somit kam es dann zu dem falschen Ergebnis!
Danke an euch fürs helfen