Gravitation

[Starwars fan]

Nicht so recht sicher ob das in dieses forum gehört aber man wird ja sehen.

grüße erstmal,

nun in hinblick auf scifi und zukunfts visionen habe ich mir gedanken über forschritliche antriebsarten wie evtl gravitations antriebe gemacht und stieß selbst auf ein, für mich momentanes phenomen.

Es hat ansich mit normaler physik zu tun und ich hoffe jemand hier hat ein bissel mehr ahnung darüber als ich.

Viel gerede, kurze frage:

Woher bezieht Gravitation ihre Energie?

Gravitation ist ja eine allgegenwertige GrundKraft im universum. Jeder Körper hat abhängig von seiner masse ein gewisses Gravitationsfeld, welches ohne äuseres einwirken stets gleich bleib, also nicht schwächer oder stärker wird.

Jeder kennt ja aus der schule den energie erhaltungssatz, energie kann nicht geschaffen werden oder verloren gehen sondern nur umgewandelt werden. Ausserdem besagt es das die verfügbare Energie im universum begrenzt ist was auch grundbasis für den gedanken ist das das beschleunigen von massreichen objekten auf 1-fache lichtgeschwindigkeit oder grösser unmöglich macht ( momentan, verweis auf Relativitäts theorie)

nun nehmen wir zum beispiel ein schwarzes Loch, welches extrem masse reich ist und ein enormes gravitationfeld besitzt was bekanntlich auch Sonnen um sich herum wirbeln kann bei enormen geschwindigkeiten, z.B. Super massive schwarze löcher.

Wenn man sich mal für eine sekunde überlegt, das die Gravitation die auf alles im umkreis wirkt, energie benötigt um zu wirken, z.b. eine sonne auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen oder gar mehrere , was tatsächlich passiert, müsste die energie des gravitationsfeldes alleine eines einzigen schwarzen loches nahezu unendlich sein, wenn man bedenkt das es extrem massereiche körper über enorm lange zeiträume beschleunigt, bewegt oder an sich bindet gegen der zentrifugalkräfte zum beispiel.

wobei man nicht mal schwarze löcher betrachten müsste, unser sonnensystem wäre ausreichend für diese batrachtung. die sonne die seit über 5 milliarden Jahre alle unsere 9 Planeten und zwergplanet pluto and sich bindet, entgegen der planetaren umlauf-zentrifugal kraft. alleine die energie die notwendig wäre um die erde im orbit zu halten bei ihrer geschwindigkeit im umlauf um die sonne wäre astronomisch groß für minuten, man möchte garnicht and milliarden jahre denken. und das ganze unzählige male im gesamten universum in jedem sonnensystem.

Also, wo kommt die energie für Gravitations-wechselwirkung her, und ist sie eventuell in zukunft als "unbegrenzte energiequelle" nutzbar?

[Anson Argyris]

Wenn man sich mal für eine sekunde überlegt, das die Gravitation die auf alles im umkreis wirkt, energie benötigt um zu wirken, z.b. eine sonne auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen oder gar mehrere , was tatsächlich passiert,

Wo bitte passiert denn so etwas ?

[Starwars fan]

zentrum der milchstrasse, durch beobachtung der rotationsgeschwindigkeit von sonnen um das zentrum wurde indirekt die existenz von super massive schwarzen löchern bewiesen,

[HMS Fearless]

Gravitation braucht keine Energie.
Denn sie ist afaik keine Kraft, wie Elektromagnetismus.
Gravitation gibt es weil es Masse gibt.

Persönlich habe ich mir Gravitation immer nicht als Kraft sondern als die von uns erkennbare Auswirkung von Masse auf das Raum/Zeit Gefüge vorgestellt.

Es gibt hier im Forum einige Leute, die viel mehr Ahnung von Physik haben als ich.
Mit etwas Glück kommt einer von denen vorbei...

[Starwars fan]

Gravitation braucht keine Energie.
Denn sie ist afaik keine Kraft, wie Elektromagnetismus.
Gravitation gibt es weil es Masse gibt.

Persönlich habe ich mir Gravitation immer nicht als Kraft sondern als die von uns erkennbare Auswirkung von Masse auf das Raum/Zeit Gefüge vorgestellt.

Es gibt hier im Forum einige Leute, die viel mehr Ahnung von Physik haben als ich.
Mit etwas Glück kommt einer von denen vorbei...

gravitation ist aber ein wirkende kraft, und sie benötigt energie den von zauberhand fängt etwas nicht an sich zu bewegen, ein apfel fällt nicht einfach so zu boden sondern er wird von einer kraft beschleunigt

"Die Gravitation ist die mit großem Abstand schwächste der vier bekannten Wechselwirkungen, deshalb sind Experimente auf diesem Gebiet schwierig. Die Gravitationskonstante G gibt in der klassischen Gravitationstheorie die Stärke der Kraft an und ist diejenige Fundamentalkonstante der Physik"

"Gemäß der newtonschen Gravitationstheorie besitzt jeder Körper, der über eine schwere Masse verfügt, ein Gravitationsfeld. In der allgemeinen Relativitätstheorie ist hingegen jede Form von Energie Quelle eines solchen Feldes – darunter fallen auch Licht und Gravitation."

die gravitation ist die Urkraft die das universum ermöglicht, durch ihre wechelwirkung mit materie MUSS sie energie besitzen um eine kraft auf einen körper einzuwirken. ein object im leeren raum bewegt sich nicht von alleine, nur wenn eine äußere kraft daruf einwirkt. und da ein körper der beschleunigt an kinetischer energie zunimmt, und energie nicht erschaffen werden kann ist die umwandlung von gravitation in bewegungsenergie erfolgt, also summa sumarum muss gravitation energie besitzen. aber woher nimmt die gravitation diese energie, wenn energie nicht erschaffen werden kann ?.

einfaches beispiel : staudamm, dadurch das wasser von gravitation beschleunigt wird, zapfen wir diese energie ab indem wir die natürlich gravitations energie die auf das wasser wirkt ableiten und eine turbine antreiben, also nutzen wir die gravitations energie direkt als MUSS sie vorhanden sein, doch sie scheint unerschöpflich

kurzes erklärungs beispiel: http://www.youtube.com/watch?v=3Fq7c-bd73E

[Gordian]

einfaches beispiel : staudamm, dadurch das wasser von gravitation beschleunigt wird, zapfen wir diese energie ab indem wir die natürlich gravitations energie die auf das wasser wirkt ableiten und eine turbine antreiben, also nutzen wir die gravitations energie direkt als MUSS sie vorhanden sein, doch sie scheint unerschöpflich

Ist das nicht eher eine Umwandlung von potenzieller Energie in kinetische energie? das Wasser wurde ja zuerst durch Verdunstung durch die Sonne "nach oben" gehoben und hat so an potenzieller Energie zugenommen. Nachdem es dann kondensiert fließt es durch Bäche und Flüsse wieder "nach unten" und wandelt so die potenzielle Energie in kinetische Energie (oder elektrische Energie, wenn ein Staudamm dazwischen ist).

Wenn eine Umwandlung von Gravitation in kinetische Energie erfolgen würde, müsste die Gravitation der Erde mit der Zeit ja immer weniger werden.

Eine Masse an sich erzeugt halt keine Energie, du must erst Arbeit aufwenden (z.B. ein Objekt auf der Oberfläche der Masse hochheben) um diese Energie dann nutzen zu können.

Der Staudamm erscheint deshalb so unerschöpflich, weil das "Hochheben" des Wassers von der Sonne erledigt wird und nicht von uns selbst.

[Agent Scullie]

Wenn man sich mal für eine sekunde überlegt, das die Gravitation die auf alles im umkreis wirkt, energie benötigt um zu wirken, z.b. eine sonne auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen oder gar mehrere , was tatsächlich passiert, müsste die energie des gravitationsfeldes alleine eines einzigen schwarzen loches nahezu unendlich sein,
[...]
Also, wo kommt die energie für Gravitations-wechselwirkung her, und ist sie eventuell in zukunft als "unbegrenzte energiequelle" nutzbar?

Gravitation braucht keine Energie.
Denn sie ist afaik keine Kraft, wie Elektromagnetismus.
Gravitation gibt es weil es Masse gibt.

Persönlich habe ich mir Gravitation immer nicht als Kraft sondern als die von uns erkennbare Auswirkung von Masse auf das Raum/Zeit Gefüge vorgestellt.

in der Newtonschen Gravitationstheorie kann man sich das einfach so vorstellen, dass ein Körper im Gravitationsfeld eines anderen Körpers eine potentielle Energie hat, die umso niedriger wird, je mehr sich die beiden Körper annähern. Sind die beiden unendlich weit voneinander entfernt, kann man die potentielle Energie null setzen, haben die beiden Körper dagegen eine endliche Entfernung, ist die potentielle Energie negativ, und wird umso stärker negativ (d.h. kleiner), je geringer die Entfernung wird. Die Formel lautet:

E_pot = - G m1 m2 / r

wobei m1 und m2 die Massen der beiden Körper sind, r die Entfernung und G die Gravitationskonstante. Wenn nun mit abnehmender Entfernung E_pot immer stärker negativ wird, wird aufgrund der Energieerhaltung die kinetische Energie des betrachteten Körpers immer größer:

E_pot + E_kin = const

Auf diese Weise erhält ein Körper im Gravitationsfeld eine immer größere kinetische Energie, wenn er auf das Gravitationszentrum zustürzt. Stellt man sich nun z.B. vor, wie eine interplanetarische Staubwolke zu einem Planeten kollabiert, dann hat nachher der Planet in seinem eigenen Gravitationsfeld eine negative potentielle Energie. Fallen dann noch weitere Meteoriten auf den Planeten, wird die Gesamtenergie des Planeten immer negativer.

Beim Elektromagnetismus ist es ganz ähnlich, solange man im elektrostatischen Grenzfall bleibt, in der Coulomb-Theorie. Betrachtet man eine elektrische Ladung im Feld einer zweiten Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen, so hat man auch da eine potentielle Energie, die umso negativer wird, je näher sich die Ladungen annähern:

E_pot = q1 q2 / (4pi eps0 r)

wobei q1 und q2 die beiden Ladungen sind und eps0 die Dielektrizitätskonstante, das elektrische Pendant zur Gravitationskonstante. Zu beachten ist, das hier kein negatives Vorzeichen auftritt, da die potentielle Energie nur für ungleichnamige Ladungen, die für q1*q2 < 0 gilt, negativ ist. Während sich bei der Gravitation jedoch ganz viele Teilmassen immer weiter anhäufen können, und sich eine immer stärker negative Energie ergibt, ziehen sich nur ungleichnamige Ladungen an, während sich gleichnamige abstoßen. Bei einer großen Anzahl an Ladungen müssten also beide Ladungsarten, plus und minus, durchmischt sein, so dass Anziehung und Abstoßung sich die Waage halten.

Etwas anders wird es, wenn man zur vollen Theorie des Elektromagnetismus, der Elektroynamik, übergeht. Der Begriff der potentiellen Energie wird durch den der Feldenergie ersetzt, und diese ist stets positiv. Das elektromagnetische Feld einer einzelnen Ladung besitzt eine positive Feldenergie. Wenn nun zwei ungleichnamige Ladungen zusammenkommen, interferieren die Felder der beiden, so dass die Feldenergie beider Felder zusammen kleiner wird, und zwar umso mehr, je näher sich die Ladungen kommen (entspricht der Abnahme der potentiellen Energie bei Annäherung).

Bei der Gravitation ist es nun so, dass diese in der modernen Physik nicht mehr durch die Newtonsche Theorie, sondern durch die allgemeine Relativitätstheorie (ART) beschieben wird. Daraus ergibt sich dann auch, dass die Gravitation keine Kraft ist, sondern die Krümmung der Raumzeit. Allerdings wird in der ART die Frage nach einer Gravitationsenergie ziemlich nichttrivial, so dass man das nicht so einfach beantworten kann. Die mathematische Beschreibung beruht auf dem sog. metrischen Tensor, einem Gebilde aus 16 Komponenten, von denen 10 unabhängig voneinander sind. Eine davon kann in bestimmten Fällen die Rolle einer potentiellen Energie übernehmen, etwa beim Fall von Materie in ein schwarzes Loch. Daraus kann man auch das Resultat ableiten, dass in ein schwarzes Loch einstürzende Materie eine Energiemenge in der Größenordnung ihrer eigenen Masse mal c^2 abgibt.

Als unbegrenzte Energiequelle kann man die Gravitation dadurch aber nicht benutzen. Man muss zur Energiegewinnung ja Materie in ein Gravitationszentrum stürzen lassen. Irgendwann ist aber alle Materie aufgebraucht. Um die einmal ins Gravitationszentrum gestürzte Materie erneut zu benutzen, quasi zu recyclen, müsste man sie wieder aus dem Gravitationszentrum hervorholen - und dazu müsste man die gleiche Energie aufwenden, die man gewonnen hatte, so wie wenn man zu CO2 verbranntes Benzin wieder in Benzin und Sauerstoff aufspalten wollte.

Ach ja: das Thema gehört nicht hierher, sondern ins Wissenschaft&Technik-Forum.

[Enas Yorl]

Woher bezieht Gravitation ihre Energie?

Die lokale Anwesenheit von Energie (z.B. die Masse von Materie) krümmt die Raumzeit. Die Gravitation ist also ein geometrisches Phänomen keine Kraft. (Eine anschauliche Erklärung liefert das häufig herangezogene Gummituch, das den lokalen Raum beschreiben soll. Massen, die im Raum, d.h. auf dem Gummituch liegen, erzeugen eine Vertiefung im Tuch entsprechend einer Krümmung des Raums (oder genauer sogar der Raumzeit). Ein leichterer Körper oder ein Lichtstrahl, der dem ersten Körper nahe kommt, folgt den Krümmungen des Raumes (daher ein geometrisches Phänomen); eine Gravitationskraft zwischen den beiden Körpern ist nicht nötig, um die Ablenkung zu beschreiben). Simpel ausgedrückt, nicht die Erde zieht den herabfallenden Apfel an, sondern dieser fällt der von der Erde hervorgerufenen Raumzeitkrümmung herab.

[Agent Scullie]

Eine anschauliche Erklärung liefert das häufig herangezogene Gummituch, das den lokalen Raum beschreiben soll. Massen, die im Raum, d.h. auf dem Gummituch liegen, erzeugen eine Vertiefung im Tuch entsprechend einer Krümmung des Raums (oder genauer sogar der Raumzeit). Ein leichterer Körper oder ein Lichtstrahl, der dem ersten Körper nahe kommt, folgt den Krümmungen des Raumes

diese Erklärung ist zwar anschaulich, aber falsch. In der ART ist die Krümmung der Raumzeit, die die Bewegung von Körpern bestimmt, nicht die Krümmung des Raumes. Das Prinzip ist, dass die Weltlinie eines Körpers in der Raumzeit eine Geodäte, d.h. geradestmöglich, ist. Wäre das Prinzip dagegen, dass die Bahn im Raum eine Geodäte ist, dann würde die Gravitation ganz anders in Erscheinung treten als wir es beobachten, dann wäre die Flugbahn eines Körpers im Gravitationsfeld von seiner Geschwindigkeit unabhängig.

Bedauerlicherweise wird das Bild mit dem Gummituch, obwohl irreführend, in der populärwissenschaftlichen Literatur sehr gerne benutzt.

[Starwars fan]

mir ist schon klar wie gravitation angenommen wird zu funktionieren, auhc wenn es keine funktionierende theorie gibt bis jetzt.von gravitonen über gravitinos, überdimensionalem raum und "es ist einfach so" aber es geht alles viel zu weit in the quantenphysik, scheinbar gibt es bis jetzt noch keinen der schlüssig beantworten kann wieso gravitation wirkt und wo die energie dafür herkommt.

schätze es wird noch dauern bis diese frage beantwortet wird D:

mal in 20 jahren wieder ins thread schaun

[Agent Scullie]

mir ist schon klar wie gravitation angenommen wird zu funktionieren, auhc wenn es keine funktionierende theorie gibt bis jetzt.

wieso, funktionierende Theorien gibt es doch. Die Newtonsche Gravitationstheorie funktioniert, und die ART ebenfalls. Ok, in letzterer erweist sich deine Energiefrage als nichttrivial, aber das heißt ja nicht dass die Theorie nicht funktionieren würde.

Nur eine funktionierende Quantentheorie der Gravitation gibt es noch nicht, wenn du das meinst.

[Starwars fan]

nunja ich meinte es gibt keine abgeschlossene erklärung wie es im ganzen funktioniert.

eine theorie die funktioniert ist auch " der apfel fällt auf dem boden da die gravitation ihn anzieht"

doch sie ist nicht allumfassend, genause gibt es bis jetzt soweit ich weis keine komplett lösung für die gravitation. immo nimmt man sogar ann das gravitation in wellen und partikel form / graviton) aufrtritt genauso wie licht, nachgewiesen wurde das jedoch noch nicht. die physik ist keinesfals abgeschlossen, vlt steck ja da noch viel mehr dahinter als man an nimmt.

die großen fragen der menschheit eh

nur weil etwas abgeschlossen schein heisst es nicht das nicht noch neue entdeckungen gemacht werden.
z.b. sollte man das Graviton entdecken wirft das wiedermal die hälfte über den haufen, daran sollte man sich gewöhnen

[McWire]

Bedauerlicherweise wird das Bild mit dem Gummituch, obwohl irreführend, in der populärwissenschaftlichen Literatur sehr gerne benutzt.

Es ist ja nur ein Modell, sprich eine Vereinfachung der Wirklichkeit, und muss daher nicht zwangsläufig den kompletten Sachverhalt darstellen.
Ausserdem haben alle Modelle Fehler und Ungenauigkeiten, sonst bräuchte man sie nicht, da man sonst die Wirklichkeit direkt darstellen könnte, was ja aber nicht geht.

Zumindestens kann man sich mit dem Gummi-Tuch-Modell das ganze bildlich vorstellen ohne die ART studiert zu haben.

[Gordian]

doch sie ist nicht allumfassend, genause gibt es bis jetzt soweit ich weis keine komplett lösung für die gravitation. immo nimmt man sogar ann das gravitation in wellen und partikel form / graviton) aufrtritt genauso wie licht, nachgewiesen wurde das jedoch noch nicht. die physik ist keinesfals abgeschlossen, vlt steck ja da noch viel mehr dahinter als man an nimmt.

Und du glaubst also, aus einer allumfassenden Theorie würde sich ableiten lassen, dass du aus Gravitation beliebig viel Energie gewinnen kannst? Also da erlaube ich mir dann doch etwas Skepsis...

Gäbs denn irgendwelche Anhaltspunkte für deine Annahme?

[Starwars fan]

Und du glaubst also, aus einer allumfassenden Theorie würde sich ableiten lassen, dass du aus Gravitation beliebig viel Energie gewinnen kannst? Also da erlaube ich mir dann doch etwas Skepsis...

Gäbs denn irgendwelche Anhaltspunkte für deine Annahme?

ich habe da nur gefachsimpelt den offensichtlich scheint gravitation objekte bewegen zu können OHNE energie dabei zu benötigen wenn man agent scullie glauben schenkt ( was ich natürlich tue) anderer seits, wenn gravitation energie hat und diese umwandelbar ist besitzt sie ein enorm hohes energie potentzial das sich eventuel mit der richtigen physik und technik umwandeln lässt.

Ausserdem ist ja noch nicht allumfassend das universum erforscht, besonders in sachen urknall könnte es ja möglich sein das energie erzeugt werden kann anstatt nur umgewandelt zu werden, diese forschung ist jedoch immer noch ausser unserer reichweite. der urknall ist der schlüssel