Kugelstoßpendel reloded

Remzi Öztürk · #1 14.10.23, 18:37

Simples Kugelstoßpendel-Experiment mit erstaunlichen zwei Ergebnissen

Einer der wichtigsten Physikbausteine ist, Energieerhaltungs- und Impulserhaltungssatz. Für diesen wird sehr oft ein Kugelstoßpendel-Gerät demonstriert und dazu entsprechend passende Formeln abgeleitet.

Ich werde hier so einen sehr verbreiteten und altbekannten theoretischen Experiment vorstellen und dazu zwei verschiedenen physikalischen Lösungen darstellen.

Wenn Sie möchten, können Sie entscheiden oder kommentieren, welcher Lösung den tatsächlichen physikalischen Ablauf entspricht.

Experiment Beschreibung und Voraussetzungen:

Es soll ein "Zentralen Elastischen Stoß" und theoretischen Idealfall sein, also beim Zusammenstoß kein Energie verloren gehen und auch keine Verformung stattfinden. Es darf dabei Energieerhaltungssatz und Impulserhaltungssatz nicht verletzt werden.

Ein Kugelstoßpendel-Gerät mit zwei gleich großen Stahlkugeln (M1 = M2).

Die aufhänge Fäden der Kugeln seien sehr lang, so dass wir von einen geraden zentralen Bewegungen mit konstanten Geschwindigkeiten ausgehen, weil das Experiment im Wesentlichen bis und kurz nach Zusammenstoß für die hier zu stellende Frage interessant ist.

Eine Kugel (M1) steht senkrecht aufgehängt und befindet sich in Ruhe.
Andere Kugel (M2) in eine Entfernung von L2 zu M1, wird von rechts nach links mit bestimmter Geschwindigkeit (V2) zentral auf die Kugel M1 zubewegt.

Nach Zusammenstoß bleibt M2 stehen, M1 bewegt sich mit gleicher Geschwindigkeit und in gleiche Richtung wie M2, welches vor dem Stoß hatte.

Ich glaube das kennt sicherlich fast Jeder durch Physikunterricht, denke ich!

Die entscheidende Frage dazu ist:

Warum bleibt der Kugel M2 nach Zusammenstoß stehen und der Kugel M1 bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit und in gleiche Richtung (nach Links) wie M2, welches vor dem Stoß hatte, abgesehen vom Impuls- und Energieerhaltungssatz?

Warum wird nicht z.B. nur halbe Impuls vom M2 auf M1 übertragen, so dass M2 mit den übrig gebliebenen halben Impuls weiter bewegt usw.?

Antwort1:
Die Gesamte Energie vom M2 wird auf M1 übertragen, dadurch ist Energieerhaltungssatz erfüllt. Dabei wird die gesamte Impuls vom M2 auf M1 übertragen, folglich muss M2 stehen bleiben und M1 mit der Geschwindigkeit welches M2 vor dem Stoß hatte, in gleiche Richtung (von rechts nach links) bewegen, damit ist auch Impulserhaltungssatz erfüllt.

Die Beweisführung mit Formeln kann ich hier getrost weglassen, denn es gibt genügend Literatur und zusätzlich im Internet auch genügend Videos mit entsprechenden Erklärungen.

Kommen wir auf die zweite Antwort, welches bis dato von niemanden so dargestellt worden ist. Es wird Sie bestimmt sehr überraschen, denke ich!

Antwort2:
Da wir auf der Erde für die Bewegungsabläufe ständig unsere Umgebung einbeziehen, erkennen wir die tatsächlichen physikalischen Ereignisse nicht vollständig und sind daher nicht neutral und unabhängig. Wir lassen uns also von etwas täuschen.

Selbstverständlich werden auch bei dieser Erklärung die Energieerhaltungs- und Impulserhaltungssätze nicht verletzt!

Also weiter, hier kommt die Antwort.

Es bleibt keine Kugel stehen, aber für uns sieht es so aus, als ob eine Kugel stehen bliebe, weil wir unsere Umgebung mit einbeziehen und als Beobachter mit der Erde feststehen.

Das heißt mit anderen Worten, dass wir zuerst in Ruhe mit der stehenden Kugel (M1) sind, nach dem Zusammenstoß aber ruckartig unsere ruhebezogene Position von einer Kugel (M1) auf die andere stehengebliebene Kugel (M2) wechseln. Das ist die Hauptselbsttäuschung. Wir behalten unsere erste Ruheposition mit der ersten Kugel (M1) nicht bei.

Wenn wir uns die Erde wegdenken und das Geschehen als Beobachter nach RNB-Regeln (Relativer Neutraler Bezugspunkt) betrachten, sehen wir, dass sich beide Kugeln aufeinander zubewegen und sich beide nach dem Zusammenstoß wieder in entgegengesetzte Richtungen bewegen.

Wir lassen uns durch die Umgebung und dadurch, dass wir fest/starr auf der Erde stehen, täuschen (Gewohnheitseffekt).

Also nochmals: Wenn auf den Kugeln Minikameras installiert wären und wir das Geschehen nur durch diese Minikameras beobachten würden, wobei die Umgebung abgedunkelt und nur die Kugeln zu sehen wären, wäre unsere Beobachtung eine ganz andere als gewöhnlich.

Hier sollte eigentlich die Antwort2 beenden, aber:
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Da die Moderatoren des Forums, mathematischen Beweis für meine Erklärung verlangen/verlangten, werde ich es unten angeben, obwohl durch die Erklärungen oben eigentlich alles ersichtlich und deutlich geworden ist, denke ich!

Also wie gewünscht hier unten der Mathematischer Beweis, für Antwort2:

Aber vorab eine kurze Erklärung für RNB, weil es für viele neu sein dürfte, darauf folgt anschließend die mathematische Beweisführung.

Der RNB (Relativer Neutraler Bezugspunkt) ist der Bezugspunkt, von wo die Beobachtung, bei zentralen-konstanten Bewegungen stattfindet, wobei ALLE Mitwirkenden Eigenschaften des Vorgangs (Experiment) mitberücksichtigt werden, damit auch die Masseverhältnisse der beteiligten Objekte.

Der RNB ist eine Physik-Symmetrie, in Zusammenhang auf relativer Bewegungen zweier Objekte, die sich zueinander oder voneinander bewegen, und deren gemeinsamen Schwerpunkt bezieht.

Es ist also etwas anders als Lorentz-Transformation bei den Inertialsystemen, wobei bei den relativen Bewegungen die Masseverhältnisse nicht berücksichtigt werden, obwohl jedes der Inertialsysteme seine Eigenmasse besitzt. Falls ich mich mit der Aussage der Lorentz-Transformation und Masseverhältnisse, für die Beobachtung (Bezugspunkt) zweier Inertialsysteme getäuscht haben sollte, bitte ruhig korrigieren!

Denn ein Experiment, auch wenn es gedanklich ist, ohne ALLE Mitwirkenden Eigenschaften durchzuführen, ist demzufolge auch nicht vollständig!

Der Punkt für RNB ist zwischen den sich bewegenden Massen und zwar genau in Entfernung L1 vom M1 und damit zwangsläufig auch in Entfernung L2 vom M2.

Bewegungen sind in Richtung zu RNB positiv, entgegengesetzter sind negativ (Vektoren-Vorzeichen) definiert. Deshalb braucht man hier Angaben wie, vor dem Stoß V1 danach V1´ (V1-Strich) nicht, weil das Vorzeichen der Vektoren ausschlaggebend ist.

Nach den RNB Regeln, wenn z.B. M1=M2 ist, ist der Betrachtungspunkt (Bezugspunkt) immer genau in der Mitte der beiden Kugeln, wie auch die Formeln unten hergeben. Das wäre auch der Bezugspunkt bei der Antwort2, wenn wir unseren Bezugspunkt auf den wir starr feststehen, nämlich der Erde nicht berücksichtigen würden, welches uns zu Selbsttäuschung veranlasst!

Man kann sich das auch bildlich so vorstellen:

Wichtig ist aber dabei, dass wir uns täuschende Erd-Umgebung, nicht berücksichtigen also wegdenken, daher die Beobachtung von anderen Punkt (RNB) aus vorzunehmen!

Genau in der Mitte (etwas versetzt, um Zusammenstoß mit M1 und M2 zu vermeiden) der beiden Kugeln M1 und M2, würde (gedanklich) eine dritte Kugel M3 existieren, auf dem einen kleinen Kamera befindet. Die Beobachtungen würden für Antwort2, von dieser Kamera aus stattfinden, weil es den RNB Regeln entspricht.

Jetzt kommt endlich die neutrale Beobachtung, ohne täuschenden Einfluss der Erdumgebung:

Wenn jetzt Kugel M2 sich in Richtung M1 mit V2 bewegt, muss Kugel M3 (RNB) mit (V2)/2 auch in Richtung zu M1 bewegen. So würde M3 (RNB) beobachten, dass beide Kugeln aufeinander zubewegen.

Nach Zusammenstoß von M1 und M2 würde M3 beobachten, dass die beiden M1 und M2 sich jeweils in entgegensetzte Richtungen bewegen.

Relevante Größen sind:

L1 + L2 = Lg Gesamtdistanz zwischen M1 – RNB – M2

V1 + V2 = Vg Gesamtgeschwindigkeit von M1 und M2

L1 Distanz zwischen M1 und dem RNB, Variable

L2 Distanz zwischen M2 und dem RNB, Variable

V1 Geschwindigkeit von M1 in Richtung M2, vom RNB aus betrachtet, Konstante

V2 Geschwindigkeit von M2 in Richtung M1, vom RNB aus betrachtet, Konstante

RNB - Gleichungen:

L1=Lg/(1+(M1/M2)) L2=Lg/(1+(M2/M1))

V1=Vg/(1+(M1/M2)) V2=Vg/(1+(M2/M1))

Für unseren Beispiel oben, M1=M2 eingesetzt, folgt:

L1=Lg/2 L2=Lg/2 --> RNB ist in der Mitte zwischen M1 und M2
V1=Vg/2 V2=Vg/2 --> V1 oder V2 ist Vg/(2)

Wichtig zu der Thema ist:
Es ist kein privat Theorie, sondern wie hier gezeigt wurde, Physik-Tatsache mit den Vorgaben der Einhaltung von Energie- und Impulssatz, Schritt für Schritt abgeleiteten End-Gleichungen.

Um weiter noch zu zeigen wie ich zu diesen End-Gleichungen gekommen bin, würde hier etwas zu viel sein, aber wenn die Moderatoren auch dies wünschen, kann ich es hier anschaulich anbieten.

Übrigens:
Mit den RNB Gleichungen, lässt sich sehr anschaulich/leicht und in Kurzform, endlich zeigen/erklären, warum das Licht, unabhängig vom einem Objektgeschwindigkeit, immer mit gleichen Geschwindigkeit (c) auf das Objekt ankommt usw.

Zusätzlich noch:
RNB gilt sowohl auf der Erde als auch im Weltall und auch im Mikrobereich!

Das war’s, in der Hoffnung, dass die mathematische Beweisführung für Antwort2 genügt.

Remzi Öztürk · #2 10.12.23, 00:32

Hallo Forum,

ich wundere mich, warum bis dato keine Zitate auf dieser Thema abgegeben worden ist.

Traut sich keiner, oder ist irgendwas was anderes im Busche?

Geku · #3 10.12.23, 08:56

Wie sieht der Stoß zweier gepufferter Waggons aus?
Beide Waggons sind gleich schwer.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Puffer_(Bahn)

Remzi Öztürk · #4 23.12.23, 11:00

Deine angegebene Link scheint nicht zu funktionieren!

Ich · #5 23.12.23, 20:17

Dein "RNB" bedeutet einfach, die Berechnungen im Schwerpunktsystem vorzunehmen. Das ist nichts Neues, das man hier vorstellen müsste.

Zitat:

Das heißt mit anderen Worten, dass wir zuerst in Ruhe mit der stehenden Kugel (M1) sind, nach dem Zusammenstoß aber ruckartig unsere ruhebezogene Position von einer Kugel (M1) auf die andere stehengebliebene Kugel (M2) wechseln. Das ist die Hauptselbsttäuschung. Wir behalten unsere erste Ruheposition mit der ersten Kugel (M1) nicht bei.

Das ist Unsinn. Wir sind nach dem Stoß in Ruhe mit der zweiten Kugel, weil wir unseren Bewegungszustand nicht geändert haben. Das ist es auch, was Beobachter tun sollten, wenn sie nicht mit Scheinkräften arbeiten wollen.

Die bekannte Physik funktioniert also nach wie vor, und du hast nichts Neues beizutragen. Hier gibt es nichts zu disutieren.

Zitat:

Mit den RNB Gleichungen, lässt sich sehr anschaulich/leicht und in Kurzform, endlich zeigen/erklären, warum das Licht, unabhängig vom einem Objektgeschwindigkeit, immer mit gleichen Geschwindigkeit (c) auf das Objekt ankommt usw.

Nein, lässt sich nicht. Du kannst das in einem neuen Thread versuchen zu zeigen. Dann berücksichtige aber den Impuls des Lichts (der ist nämlich nicht Null).

Remzi Öztürk · #6 24.12.23, 14:21

Zitat:

Zitat von Ich

Dein "RNB" bedeutet einfach, die Berechnungen im Schwerpunktsystem vorzunehmen. Das ist nichts Neues, das man hier vorstellen müsste.
Das ist Unsinn. Wir sind nach dem Stoß in Ruhe mit der zweiten Kugel, weil wir unseren Bewegungszustand nicht geändert haben. Das ist es auch, was Beobachter tun sollten, wenn sie nicht mit Scheinkräften arbeiten wollen.

Die bekannte Physik funktioniert also nach wie vor, und du hast nichts Neues beizutragen. Hier gibt es nichts zu disutieren.

Nein, lässt sich nicht. Du kannst das in einem neuen Thread versuchen zu zeigen. Dann berücksichtige aber den Impuls des Lichts (der ist nämlich nicht Null).

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Antworten auf deinen Zitat:

Der RNB und der ARNB sind in erster Linie nur für zwei Objekte entwickelt worden, die relativ zueinander in Bewegung sind, sich also aufeinander zu- oder voneinander wegbewegen. Der RNB oder ARNB ist so ähnlich aufzufassen wie bei der Lorentz-Transformation, wobei zusätzlich die Masseverhältnisse der Inertialsysteme auch mit berücksichtigt werden, was bis dato nicht geschehen ist.

Auch jedes Inertialsystem besitzt eine gewisse Eigenmasse, auch wenn es nur in den Gedankenexperimenten vorkommen sollte.

Falls ich mich mit der Aussage der Lorentz-Transformation und Masseverhältnisse, für die Beobachtung (Bezugspunkt) zweier Inertialsysteme getäuscht haben sollte, bitte ruhig korrigieren!

Denn ein Experiment, auch wenn es gedanklich ist, ohne ALLE Mitwirkenden Eigenschaften durchzuführen, ist demzufolge auch nicht vollständig!

Übrigens:
Da es um im Grunde nicht allein um Schwerpunkt, sondern Bezugspunktsystem geht, ist es was ganz Neues! Ich habe vor der Veröffentlichung ziemlich viel recherchiert und nichts der gleichen gefunden.

Falls du aber gegenteiliges mir vorweisen kannst, dass es nicht „neues“ ist, wäre ich dir sehr verbunden. Aber bitte nicht einfach über „Schwerpunktsysteme“, sondern Bezugspunktsystem bezogen auf Schwerpunkt!

Bemerkung:
Wir täuschen im Leben schon sehr oft, man braucht nur die unzähligen Literaturen über Täuschung, oder im Internet, etwas ernsthaft die seriösen Wissenschaftler Berichte, sich anzuschauen. Also nicht über Magie, sondern physikalische, medizinische Forschungsergebnisse z.B. Über Gehirnforschung.

Du zitierst noch:
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Das ist Unsinn. Wir sind nach dem Stoß in Ruhe mit der zweiten Kugel, weil wir unseren Bewegungszustand nicht geändert haben. Das ist es auch, was Beobachter tun sollten, wenn sie nicht mit Scheinkräften arbeiten wollen
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„Wenn wir unseren Bewegungszustand nicht ändern“:
Das ist es gerade, was die Selbsttäuschung veranlasst. Wir hätten unser Ruheposition mit M1, beibehalten müssen in dem wir mit M1 mit bewegen sollen.

Da wir es nicht tun und so einfach auch nicht können, weil wir mit der Erde feststehen, sieht es für uns so aus, als ob die Kugel M2 abrupt stehen geblieben ist.
Ich finde das alles hat überhaupt nichts mit Scheinkräften zu tun, es ist auch nirgend wo bisher erwähnt worden!

Fazit:
Wenn wir das Experiment von einer anderen Perspektive, also vom Kamera auf M3, betrachten würden, wie ich schon beschrieben habe, würden wir ganz was anderes sehen. Das beweist, dass es von der Betrachtung-Stelle, genaue gesagt, vom Bezugspunktsystem abhängt, wie und was wir sehen/erleben.

Zusätzliches:
Es ist verständlich und auch normal, dass wir sehr vehement, gegen eingewöhntes zuerst uns widersetzen, ich nenne es als „Gewohnheits-Effekt“.

Also ich hoffe hiermit, dich etwas mehr informiert zu haben, denke ich!

Ich · #7 24.12.23, 22:19

Zitat:

Zitat von Remzi Öztürk

Falls du aber gegenteiliges mir vorweisen kannst, dass es nicht „neues“ ist, wäre ich dir sehr verbunden. Aber bitte nicht einfach über „Schwerpunktsysteme“, sondern Bezugspunktsystem bezogen auf Schwerpunkt!

Mach dich mal mit wissenschaftlicher Terminologie vertraut. Oder soll ich "Schwerpunktsystem" für dich googeln? Kannst du bestimmt selber.

Zitat:

Wir hätten unser Ruheposition mit M1, beibehalten müssen in dem wir mit M1 mit bewegen sollen.

Schmarrn. Man kann nicht einfach einen Geschwindigkeitssprung unter den Tisch fallen lassen.

Zitat:

Wenn wir das Experiment von einer anderen Perspektive, also vom Kamera auf M3, betrachten würden, wie ich schon beschrieben habe, würden wir ganz was anderes sehen.

Nämlich eine kaputte Kamera. So ein Geschwindigkeitssprung ist keine Frage der Perspektive.

Das reicht jetzt auch. Wenn du dich mit für dich unbekannten Konzepten wie "Schwerpunktsystem" auseinandersetzen willst, dann gerne im normalen Forenbereich. Schiere Unkenntnis ist keine "Theorie jenseits der Standardphysik", das gehört nicht hierher.

Ich · #8 04.01.24, 19:10

Weil du dich beschwert hattest hier eine Klarstellung:
- Ich hatte dieses Thema nicht gesperrt, damit du die Möglichkeit hast, Stellung zu nehmen. Eine Fortführung des Themas ist allerdings explizit nicht gewünscht.
- Ich habe noch nie einen Beitrag von dir gelöscht.
- In diesem Unterforum dürfen eigene Theorien vorgestellt werden, das ist nicht das Problem. Es ist der Passus in den Forenregeln bezüglich einem Mindestmaß an Wissenschaftlichkeit und Grundkenntnissen in der kritisierten Theorie, der hier zum Tragen kommt.
- Ich habe versucht, klar zu machen, warum der Thread diesen Kriterien nicht genügt. Die Entscheidung darüber obliegt aber der Moderation, der betroffene User hat da aus naheliegenden Gründen kein Mitspracherecht.