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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

155 Beiträge, Schlüsselwörter: Raketenantrieb, Rückstoßprinzip

Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 16:46
@Mafiatom
Zitat von MafiatomMafiatom schrieb:3a.) Der Luftgefüllte Behälter verbleibt bewegungslos.
3b.) Der innere Behälter bleibt bewegungslos.
Danke für Deine ausführliche Antwort :)

mMn gibt es nur 2 Möglichkeiten:

So wie Du es beschrieben hast (keiner der beiden bewegt sich)

oder

(meiner "Theorie" zufolge)

der kleine Zylinder bewegt sich nach dem Öffnen,
und falls der sich bewegt,
dann muß sich aber auch der große Behälter - entgegengesetzt dazu - bewegen
(actio = reactio).

Mal schauen, ob es noch weitere Meinungen dazu gibt ...


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 16:56
@delta.m

Mein Bauchgefühl sagt mir, es bewegen sich beide Behälter nach rechts. Beim inneren wegen der Sogwirkung, der äußere wird in die entgegengesetzte Richtung der beschleunigten Teilchen beschleunigt.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:01
Hi @Peter0167
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Mein Bauchgefühl sagt mir, es bewegen sich beide Behälter nach rechts.
Das "dürfte" eigentlich nicht sein.

Der große Zylinder würde sich dann - ohne irgendwas von sich zu stoßen - unbegrenzt weitebewegen.
Laienhaft ausgedrückt :)

Oder hab ich Dich jetzt falsch verstanden?


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:11
@delta.m

Dem Impulserhaltungssatz zufolge bleibt der Gesamtimpuls in einem mechanisch abgeschlossenen System immer konstant. Dennoch wird ja zunächst Masse in eine Richtung beschleunigt, was zu einem kurzzeitigen Impuls in die andere Richtung führt. Weiterhin führt der Druckabfall aber auch zu einer Temperatursenkung der Luft, d.h. die Luftmoleküle verlieren Bewegungsenergie und damit Impuls. Und ich denke mal, diese Differenz ist es, die für den kurzen Impuls auf den äußeren Behälter sorgt, und da dieser sich selbst im Vakuum befindet, kann er sich theoretisch "unbegrenzt" weiterbewegen. Kann aber auch sein, dass dies alles Blödsinn ist, ich lag in letzter Zeit eh fast immer falsch :D


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:19
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:und da dieser sich selbst im Vakuum befindet, kann er sich theoretisch "unbegrenzt" weiterbewegen
Nun, dann hätte ich den
Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip
erfunden :D
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:die Luftmoleküle verlieren Bewegungsenergie und damit Impuls
Kann man Impuls "verlieren"?

Und das da die Temperatur eine Rolle spielt, kann ich mir gar nicht vorstellen.

aber:
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Kann aber auch sein, dass dies alles Blödsinn ist
-----
uatu wird uns aufklären :)


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:22
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Nun, dann hätte ich den
Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip
erfunden
Wieso "ohne" Rückstoß? Wenn Massen beschleunigt werden, gibt es immer einen Rückstoß, so auch in deinem Beispiel. Es ist doch vollkommen egal, ob du die Masse aus einem Triebwerk nach außen ins Vakuum beschleunigst, oder von einem umgebenden Medium in das Vakuum hinein, der Effekt ist der Gleiche.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:23
@Peter0167
Ja, aber "bei mir" bleibt alles im großen Zylinder ...


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:25
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Ja, aber alles bleibt im großen Zylinder ...
Es geht aber Gesamtimpuls verloren, und der wird m.M.n. in die Beschleunigung des äußeren Zylinders "investiert".


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:27
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Und das da die Temperatur eine Rolle spielt, kann ich mir gar nicht vorstellen.
Also ich schon. Ein Druckabfall in einem Gas ist immer gepaart mit einem Temperaturabfall. Wo geht denn die Energie sonst hin?

@uatu ... schreib bitte schneller, ich habe gleich Feierabend und will das jetzt unbedingt noch vorher wissen :D


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:28
Joseph Louis Gay-Lussac hat ein Versuch aufgebaut in gleicher Anordnung und dabei festgestellt, dass die Temperatur des Luftgefüllten Zylindes in gleichem masse abfällt, wie die Temperatur im Luftleeren zunimmt.
Oder in deinen Worten - der Druckabfall führt (im luftgefüllten Zylinder) zu einer Temperatursenkung der Luft und die Druckerhöhung (des luftleeren Zylinders) führt zu einer Temperaturerhöhung. Am Ende heben sich beide Temperaturen unabhängig von der Umgebungstemperatur gegeneinander auf und die Temperaturbilanz ist wieder 0.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:30
@Peter0167

Ich kann mir nicht vorstellen, das der Temperaturabfall eine Bewegung erzeugt.

uatu schreibt wie immer gleich eine Doktorarbeit dazu :D (nicht böse gemeint ;) )


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:31
Zitat von MafiatomMafiatom schrieb:Am Ende heben sich beide Temperaturen unabhängig von der Umgebungstemperatur gegeneinander auf und die Temperaturbilanz ist wieder 0.
Das klingt zumindest plausibel.

... andererseits aber auch nicht, denn der innere Zylinder hatte ja vorher keine Temperatur ... hmmm ... das "plausibel" nehme ich hiermit zurück. :D


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:35
und das
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Es geht aber Gesamtimpuls verloren
nimmt lieber auch zurück :D


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:41
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:nimmt lieber auch zurück
Ist evtl. etwas blöd formuliert. Vor dem "Belüften" des inneren Behälters lag der Gesamtimpuls nur in Form der Einzelimpulse der Gasmoleküle vor. Nach der "Belüftung" hat dieser Teil etwas abgenommen, dafür hat aber der äußere Behälter einen gerichteten Impuls erhalten, beide zusammen ergeben dann wieder den Gesamtimpuls vor der "Belüftung". Da der Gesamtimpuls letztlich konstant bleiben muss, und die Moleküle Impuls verlieren, muss der ja schließlich irgendwo hin ... da bleibt aus meiner Sicht nur diese Lösung.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 17:48
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Da der Gesamtimpuls letztlich konstant bleiben muss, und die Moleküle Impuls verlieren, muss der ja schließlich irgendwo hin ... da bleibt aus meiner Sicht nur diese Lösung.
Du meinst also, der große Zylinder bewegt sich "dauerhaft" in eine Richtung?
Ja, das wäre schon nicht schlecht (wenn es so wäre) ...

Mach Feierabend, uatu braucht noch 'ne Weile ... :D


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 18:10
@delta.m: Ich habe aktuell nur wenig Zeit, aber mal als Ansatz: Ich schlage zur Vereinfachung vor, das Modell auf zwei grosse statt vieler kleiner "Luftmoleküle" zu beschränken. Der Anschaulicheit halber bezeiche ich diese nachfolgend als "Tennisbälle".

Diese beiden Tennisbälle sausen im Ausgangszustand in den Zwischenräumen zwischen den Stirnseiten des inneren und des äusseren Zylinders (einer im rechten und einer im linken Zwischenraum) horizontal hin und her, so dass beide gleichzeitig auf der jeweiligen Stirnseite des inneren und des äusseren Zylinders auftreffen, und dort ideal elastisch abprallen. Die Aufprallvorgänge entsprechen dem Luftdruck, den Luftmoleküle ausüben würden. Luftmoleküle hätten natürlich auch einen vertikalen Bewegungsanteil, der aber für das vorliegende Problem nicht relevant ist, weil er sich statistisch ausgleicht. Da die Aufprallvorgänge gleichzeitig und symmetrisch stattfinden, bewegt sich in Folge weder der innere noch der äussere Zylinder.

Nun entfernt man, wie in Deiner Beschreibung, die rechte Stirnwand des inneren Zylinders. Sobald die beiden Tennisbälle nun an den Stirnseiten des inneren Zylinders angelangen, passiert folgendes: Der rechte Tennisball fliegt auf der rechten Stirnseite in den inneren Zylinder hinein, übt also zum "üblichen" Zeitpunkt keine Wirkung auf diesen aus. Der linke Tennisball prallt auf die linke Stirnseite des inneren Zylinders. Da diesmal die Gegenwirkung des rechten Tennisballs fehlt, erfolgt ein Energie- und Impulsaustausch zwischen dem linken Tennisball und dem inneren Zylinder. Am einfachsten ist es, wenn man annimmt, dass der innere Zylinder die gleiche Masse wie der Tennisball hat (es geht natürlich mit jedem beliebigen Massenverhältnis, es wird dann nur komplizierter). Bei einem ideal elastischen Stoss und gleicher Masse bedeutet das, dass der linke Tennisball (relativ zum Beobachter und auch zum äusseren Zylinder) zur Ruhe kommt, und der innere Zylinder dessen Geschwindigkeit "übernimmt" (siehe z.B. die entsprechende Animation bei Wikipedia).

Nach kurzer Zeit prallt nun der rechte Tennisball auf die Innenseite der linken Stirnwand des inneren Zylinders. Da beide angenommenerweise die gleiche Masse haben, kehren sich in diesem Fall beide Geschwindigkeiten um. Der rechte Tennisball fliegt also nach rechts und der innere Zylinder nach links. Nach kurzer Zeit prallt der innere Zylinder auf den vorher zur Ruhe gekommen linken Tennisball, und gibt -- genau wie es vorher umgekehrt geschehen war -- seine Energie und seinen Impuls an diesen ab. Der innere Zylinder kommt also exakt an der Stelle wieder zur Ruhe, wo er sich usprünglich befand. Der linke Tennisball fliegt nach links. Exakt in diesem Augenblick passiert der rechte Tennisball die (offene) rechte Stirnseite des inneren Zylinders. Die Situation ist also etwas verspätet exakt so, wie sie im Ausgangszustand beim Abprall der beiden Tennisbälle von den Stirnseiten des inneren Zylinders gewesen wäre. Die beiden Tennisbälle fliegen nun zu den Stirnseiten des äusseren Zylinders, prallen dort gleichzeitig und symmetrisch ab, und fliegen wieder in Richtung der Stirnseiten des inneren Zylinders. Ab hier wiederholt sich der Ablauf.

Fazit: Der äussere Zylinder bewegt sich überhaupt nicht, der innere Zylinder oszilliert phasenweise. Mit Luft wäre die Oszillation natürlich zum einen kaum feststellbar, und würde zum anderen sehr schnell gedämpft.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 18:26
@uatu

Vielen Dank!

Das mit den Tennisbällen ist sehr anschaulich und daher schnell "kapiert" :)
Zitat von uatuuatu schrieb:Fazit: Der äussere Zylinder bewegt sich überhaupt nicht, der innere Zylinder oszilliert phasenweise. Mit Luft wäre die Oszillation natürlich zum einen kaum feststellbar, und würde zum anderen sehr schnell gedämpft.
Da muß ich jetzt noch eine Weile überlegen,
ob das mit "Luft" anstatt Tennisbällen auch genau so ist.

D.h.:
Ich öffne die rechte Seite des kleinen Zylinders,
die Luft strömt ein,
aber der kleine Z. bewegt sich nur "unmerklich" nach rechts.

Ich hätte jetzt schon vermutet, dass er sich "merklich" nach rechts bewegt.

Aber "Bauchgefühl" zählt nun mal hier nicht ...:D

Und nochmals danke für Deinen Beitrag!!!


(... und wieder ist nichts mit "Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip" :( ...)


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 18:40
@delta.m:
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Ich hätte jetzt schon vermutet, dass er sich "merklich" nach rechts bewegt.
Die anfängliche Bewegung des inneren Zylinders endet, sobald sich der volle Luftdruck auf der inneren linken Stirnwand des inneren Zylinders aufgebaut hat. Das wird i.d.R. nicht allzu lange dauern.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 18:50
@uatu
Zitat von uatuuatu schrieb:Die anfängliche Bewegung des inneren Zylinders endet,
Hm, wieso endet die Bewegung? Nur wegen des Luftwiderstandes?

Wie ist es,
wenn wir den kleinen Zylinder anstatt Vakuum
mit Druckluft füllen.

Wenn wir dann öffnen,
kriegt der kleine Z. einen Stoß in die gegengesetzte Richtung.

Kommt er aber dann auch zum Stehen
oder fliegt bis zur Stirnfläche des großen Zylinders. ?

-

btw.:
Wenn Du beschäftigt bist, dann lass Dir Zeit.
Antwort kann warten.


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Raketenantrieb ohne Rückstoßprinzip

11.11.2019 um 19:17
@delta.m: Deine erste Frage ist etwas aufwändiger zu beantworten, aber kurz zur zweiten: Der innere Zylinder ist in diesem Szenario eine einfache Rakete. Die Rakete wird in die eine Richtung beschleunigt, und eine bestimmte Menge Luftmoleküle in die andere Richtung. Die beiden Impulse (nicht aber unbedingt die Rakete) werden in jedem Fall symmetrisch die Stirnwände des äusseren Zylinders erreichen. Ob die Rakete selbst die entsprechende Stirnwand erreicht, hängt von den Parametern ab (u.a. Luftwiderstand der Rakete, Dichte der Luft, und Länge des äusseren Zylinders).

Die Rakete hat einen bestimmten Luftwiderstand, und gibt in diesem Rahmen Impuls an die Luftmoleküle ab, auf die sie auftrifft. Je nachdem, wie lang der äussere Zylinder ist, kann das dazu führen, dass die Rakete vor Erreichen der Stirnwand zum Stillstand kommt. Der ursprüngliche Impuls der Rakete wird dann ausschliesslich durch Luftmoleküle weitergetragen.


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