Warum schweben die Satelliten wie Astronauten..?

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jens
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Warum schweben die Satelliten wie Astronauten..?

Beitrag von jens »

Wie sag' ich's meinem Kinde? Warum schweben die Satelliten wie Astronauten der Station Mir?
Satelliten

Kind
Ich habe im Fernsehen Bilder gesehen, auf denen sich die Astronauten der Weltraumstation Mir kopfüber in alle Richtungen bewegen und schweben. Ich wüßte gern, warum sie schweben. Vielleicht, weil die Kraft... die Erdanziehungskraft fehlt. Ich meine, sie werden nicht von der Erde angezogen, sie sind zu weit oben. Vielleicht ist man im Weltraum leichter als auf der Erde.

Frau
Weißt du, was die Schwerkraft ist?

Kind
Sie bewirkt, daß die Dinge zum Zentrum angezogen werden.

Frau
Zum Zentrum der Erde, ja. Und in dem Maße, wie man sich von der Erde entfernt, nimmt diese Kraft ab. Deshalb verringert sich das Gewicht. Die Station Mir ist allerdings nur ungefähr 400 Kilometer von der Erde entfernt, das ist nicht sehr viel und spielt deshalb keine große Rolle.

Kind
Wie kommt es dann, daß sie schweben? Sie sollten doch auf dem Boden der Station herumspazieren, als ob sie auf der Erde wären. Ich weiß ja nicht, aber wenn wir springen, fallen wir gleich wieder runter.

Frau
Tatsächlich ergeht es den Astronauten genauso: sie fallen. Sie sind ständig im Fallen begriffen und die Station natürlich auch. Nur übt das Raumschiff, anders als die Erde, keine Anziehungskraft aus, die sie aufrecht halten könnte. Es gibt keinen Boden. Wenn du so willst, fallen sie ständig, aber der Boden des Raumschiffs gibt jedesmal unter ihren Füßen nach, und deshalb hat man den Eindruck, sie schweben. Die Astronauten fallen also, aber während sie fallen, haben sie und die Station auch die Tendenz, sich von der Erde zu entfernen.

Kind
Wenn sie fallen, müßten sie doch näherkommen. Wieso entfernen sie sich?

Frau
Wegen der Geschwindigkeit. Wenn die Station Mir ein kleines Stück ihrer Umlaufbahn absolviert, bewegt sie sich geradeaus, als wollte sie sich von der Erde entfernen. Aber gleichzeitig zieht das Gewicht sie ein wenig nach unten. In jeder Sekunde entfernt sie sich also von der Erde, und in jeder Sekunde fällt sie.

Kind
Aber dann kommt sie nicht voran! Wenn sie fällt und dann wieder steigt, müßte sie doch ihre Position halten.

Frau
Das ist eine komplizierte Angelegenheit! Sie entfernt sich ja nicht ganz geradeaus, sie folgt immer ihrer Umlaufbahn. Also dreht sie sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit um die Erde und hält ihre Entfernung konstant.

Kind
Ja, aber sie könnte sich doch drehen und der Erde trotzdem immer näherkommen.

Frau
Das wird durch die Geschwindigkeit verhindert. Wenn du versuchst, es dir vorzustellen oder auszurechnen, denn es ist eine mathematische Angelegenheit, wirst du folgendes erkennen: Die einzige Lösung, sich mit konstanter Geschwindigkeit und in gleichbleibendem Abstand von der Erde zu bewegen, besteht darin, daß die Umlaufbahn ungefähr kreisförmig ist.

Kind
Aha, das heißt, die Geschwindigkeit gleicht die Schwerkraft aus?

Frau
Ja. Wenn die Geschwindigkeit abnähme, würde die Station angezogen, aber da die Geschwindigkeit nicht abnimmt, kreist sie und kreist und kreist. Also hängt die Geschwindigkeit von der Höhe ab. Es gibt Satellitenspione, die ständig auf den gleichen Ort der Erde gerichtet sind und sich genauso schnell drehen wie die Erde. Sie sind auf einer Höhe von 36.000 Kilometern stationiert und bewegen sich mit 10.000 Stundenkilometern.

Kind
Dann dreht sich also die Erde mit 10.000 Stundenkilometern?

Frau
Nein. Die Erde dreht sich mit 40.000 Kilometern pro Tag, und am Äquator beträgt die Geschwindigkeit 1.500 Stundenkilometer. Aber in 36.000 km Höhe ist der Kreis, den die Satelliten in 24 Stunden durchlaufen müssen, größer, und deshalb sind sie natürlich sehr viel schneller.

Kind
Aber normalerweise... je weiter man ist... Wenn man zum Beispiel einen Stein an einem langen Seil befestigt und kreisen läßt, ist er langsamer als an einem kurzen Seil.

Frau
Im Gegenteil, je weiter weg, desto schneller.

Kind
Aber woher kommt die Geschwindigkeit?

Frau
Von der Erde aus wird der Satellit mit einer Rakete angetrieben, der sogenannten Antriebsrakete, die ihm die Ausgangsgeschwindigkeit verleiht.

Kind
Und danach kommt der Satellit nie mehr zum Stillstand?

Frau
Nein, weil es im Weltraum keine Luft gibt, keine Reibungen gibt, nichts, was die Bewegung verlangsamen könnte, deshalb hört die Geschwindigkeit nie auf. Es gibt keine Luft und deshalb auch keine Kraft, die den Satelliten bremst, nur die Schwerkraft, die ihn zur Erde anzieht und bewirkt, daß er zu kreisen beginnt.

Kind
Du meinst damit, daß sich ein Gegenstand im Weltraum auch um die Erde dreht?

Frau
Genau. Wenn es keinen Körper gibt, der ihn anzieht, verändert sich die Richtung eines Gegenstandes nicht; im Weltraum bewegen sich die Dinge, die nicht von Sternen oder Planeten angezogen werden, stur geradeaus.

Kind
Und wie weit kommen sie auf diese Weise?

Frau
Das weiß man nicht. Wenn sie in die Nähe einer Masse geraten, werden sie von dieser Masse angezogen, und das hält sie auf. Tatsächlich ist es selten, daß irgendwo gar nichts ist, deshalb kommt immer ein Moment, an dem sie plötzlich ihre Flugbahn beenden, weil sie auf einen Komplizen, z. B. einen Stern, stoßen...

Kind
Aber wenn sie einem Stern begegnen, warum fallen sie dann nicht auf ihn herab?

Frau
Eben wegen der Geschwindigkeit. Es ist wie bei der Mir, die du erwähnt hast. Wenn der Mond zum Beispiel keine Geschwindigkeit hätte, wenn auch beim Mond nur die Schwerkraft wirkte, würde er auf die Erde stürzen. Aber dank seiner Geschwindigkeit kann er dem immer wieder entgehen. Die Geschwindigkeit hält dieser Schwerkraft stand, sorgt für das Gleichgewicht.

Kind
Du willst damit sagen, wenn der Mond eine niedrigere Geschwindigkeit hätte als die Erde, würde er herunterfallen?

Frau
Die Geschwindigkeit des Mondes reicht aus, damit er nicht abstürzt. Aber sie ist weder niedriger noch größer als die der Erde. Das kann man nicht vergleichen! Was zählt bei der Geschwindigkeit des Mondes, was für den Ausgleich sorgt, ist die Erdanziehungskraft. Das ist etwas ganz anderes als Geschwindigkeit.

Kind
Übrigens, warum hat man die Raumstation Mir eigentlich gebaut?
ale911
Beiträge: 2
Registriert: 14.11.2006, 17:16

wer hat recht, Frau oder Kind ?

Beitrag von ale911 »

Sehr schön erklärt, aber an einer Stelle ist meiner Meinung nach ein Fehler:

Je weiter ein Sattellit von der Erde entfernt ist, desto geringer muß seine Geschwindigkeit sein, um seine Umlaufbahn zu halten.

Der geostationäre Sattellit in 36.000 km Höhe kreist mit einer Geschwindigkeit von ca. 10.000 km/Std um die Erde.

Aber die Mir auf 330km Höhe umläuft die Erde in ca. 90 Min.,
also mit ca 26.000 km/ Std.

Das ist auch leicht nachvollziehbar:
in großer Höhe ist die Erdanziehung geringer, also reicht auch eine geringere Fliehkraft aus, um sie auszugleichen.
Peterlustig
Beiträge: 1
Registriert: 10.06.2009, 21:53

Beitrag von Peterlustig »

naja, ein geostationärer bleibt immer über einem punkt auf der erde, während ein normaler satelit aber um die erde kreisst, also kann man das nicht miteinanden vergleichen^^
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Vereth
Important User
Beiträge: 24
Registriert: 02.10.2008, 16:54
Wohnort: Dortmund

Beitrag von Vereth »

Die Argumentation des Artikels erinnert mich an Douglas Adams' Anhalter durch die Galaxis (Band 3, glaube ich: 'Macht's gut und danke für den Fisch'). Dort ist nachzulesen, dass die Kunst zu fliegen darin besteht, auf den Boden zu fallen, aber daneben.
Bedauerlicherweise hat die Frau auch nicht den Unterschied zwischen Bahngeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit klar herausgestellt.
Nachdem sie ihren Beitrag zu Konfusion geleistet hat, soll nun mal ein Mann zu Wort kommen.
Kind
Stimmt es, dass die Astronauten schwerelos sind, weil sie fallen? Und warum treffen sie beim Fallen nicht auf dem Boden auf?

Mann
Die Astronauten schweben, weil sie kein Gewicht haben. Weißt du was Gewicht ist?

Kind
Das ist leicht: Gewicht ist das, was eine Waage anzeigt.

Mann
Richtig. Und das funktioniert folgendermaßen. Auf einen Körper, zum Beispiel deinen, wirkt die Anziehungskraft der Erde, auch Schwerkraft genannt, die ihn zu ihrem Mittelpunkt ziehen will. Wenn du auf festem Boden bist, hindert dich der Boden daran zu fallen; er übt von unten eine Gegenkraft aus und du spürst dein Gewicht auf den Füßen ruhen.

Kind
Aber die Raumstation hat auch einen Boden. Warum haben die Astronauten dann kein Gewicht?

Mann
Wegen der Fliehkraft; man nennt sie auch auch Zentrifugalkraft. Wenn du einen Stein an einer Schnur im Kreis herum drehst, merkst du, daß er nach außen gezogen wird, und das umso stärker, je schneller du ihn schleuderst. Damit die Raumstation oben bleibt, umkreist sie die Erde genau so schnell, dass die Zentrifugalkraft die Schwerkraft aufhebt. Es ist also nicht der Boden der Station, der der Schwerkraft entgegenwirkt, sondern die Drehbewegung um die Erde. Deshalb haben die Astronauten kein Gewicht und sind schwerelos.

Kind
Aber als wir in die Ferien gereist sind, war das Flugzeug auch auf einer gleichbleibenden Höhe, und ich habe gespürt, dass ich Gewicht hatte. Warum war ich nicht schwerelos?

Mann
Weil ein Flugzeug nicht deswegen oben bleibt, weil es eine Fliehkraft dafür nutzt, sondern den Auftrieb der Luft. Die Flügel sind so geformt, dass bei der Vorwärtsbewegung ein Luftdruckunterschied zwischen dem Bereich über dem Flügel und unter dem Flügel entsteht. Dieser Druckunterschied hält das Flugzeug in der Luft, und sein Boden hält dich davon ab, zu fallen, was du wiederum als dein Gewicht gespürt hast. Im Weltraum gibt es keine Luft, deswegen kann man dort auch keinen Auftrieb nutzen, sondern ist auf die Zentrifugalkraft angewiesen.

Kind
Ach so. Ohne Gegenkraft von unten kein Gewicht, ohne Auftrieb keine Gegenkraft. Und die Schwerkraft wirkt nicht, weil eine gleich große Zentrifugalkraft ihr entgegenwirkt. Und die erzeugt kein Gewicht, weil sie nicht von unten kommt, sondern von außen.

Mann
Genau.

Kind
Und warum erklärt man mir das nicht gleich so?
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