Sonderbarer Unterschied. Was unterscheidet Astronauten von Äpfeln und Flugzeugen? Äpfel fallen vom Baum. Flugzeugteile fallen vom Himmel. Astronauten und Satelliten nicht. Warum?
Astronauten fallen nicht vom Himmel, weil sie nicht einfach still über dem Erdboden schweben. Sie kreisen mit einer recht hohen Geschwindigkeit um die Erde herum. Diese Geschwindigkeit haben sie beim Raketenstart erhalten.
Sie würden mit ihrer hohen Geschwindigkeit im Weltall verschwinden, wäre nicht die Gravitationskraft, die die Bewegung der Astronauten um die Erde herumbiegt.
Wikipedia: Gravitationskraft | Orbit | Kosmische Geschwindigkeiten | Keplersche Gesetze
Begriffe: Orbit, Erdumlaufbahn, Fluchtgeschwindigkeit, kosmische Geschwindigkeit, Erdanziehungskraft, Gravitationskraft, Kreisbahn, Ellipsenbahn, Parabel, Hyperbel, geostationäre Satelliten, Lagrange Punkt
Erklärung mit Video (engl.): Link zu TED
Hintergrund
Äpfel fallen vom Baum. Astronauten aber bleiben im Weltraum oben. Ein Astronaut fällt nicht zur Erde. Was unterscheidet Äpfel von Astronauten? Warum fallen Äpfel, warum fallen Astronauten nicht? Es ist die fehlende Schwerelosigkeit, so sagt man. Aber das stimmt nicht. Die Schwerkraft der Erde hat auf 500 km Höhe noch kaum abgenommen.
Was dann? Es sind die unterschiedlichen Geschwindigkeiten von Äpfel und Astronauten. Äpfel hängen still an ihren Zweigen. Sobald sie dürfen, – im Herbst – fallen sie senkrecht zu Boden. Astronauten kreisen hingegen um die Erde herum. Sie wurden mit Raketen nicht nur hinauf, sondern in eine Erdumlaufbahn gebracht.
Isaac Newtons Gedankenexperiment
Ab einer bestimmten Geschwindigkeit würde uns der Apfel im Rücken treffen. Genau dann benimmt sich so ein Apfel wie ein Astronaut. Schneller Apfel und schneller Astronaut: sie befinden sich im Orbit – in einer Erdumlaufbahn.
Es liegt an der Anwesenheit der Erde, dass geworfene Äpfel oder Astronauten mit ihren hohen Geschwindigkeiten aber nun nicht geradewegs hinaus in den Weltraum verschwinden. Die Schwerkraft biegt die Flugbahnen um die Erde herum.
Theoretisch könnten Astronauten auch nur in 10 km Höhe um die Erde kreisen. Sie würden das aber nicht lange tun. Die Reibung der Luft würde sie abbremsen. Und so ein abgebremster Astronaut wird zum Apfel, den die Erde schnell und direkt herunterholt.
Die internationale Raumstation (ISS) kreist auf 400 km Höhe in 1 1/2 Stunden einmal um die Erde. Diese Bewegung verhindert, dass sie herunterfällt. Sie befindet sich in einer Erdumlaufbahn, in einem Orbit.
Auf 36.000 km Höhe braucht ein Satellit genau einen Tag für die weitaus längere Flugstrecke – und in genau dieser Zeit dreht sich die Erde darunter einmal um sich selbst. Auf dieser Höhe schwebt der Satellit also auf einer scheinbar fixen Position über dem Erdboden. Er wird “geostationärer Satelliten” genannt.
Es übrigens doch einen Punkt zwischen Erde und Mond, an dem jedes Objekt schwerelos ist. Dort, wo sich die Anziehungskräfte von Erde und Mond gerade aufheben.
Fragen
- Wie wirkt sich die Höhe des Orbits auf die Umlaufdauer aus?
- Was sind geostationäre Satelliten?
- Was könnte die Geschwindigkeit eines Satelliten in der Erdumlaufbahn verringern?
- Was würde passieren, wenn die Geschwindigkeit zu gering wird?
- Wie kann man Satelliten wieder zu Boden bringen?
Immer noch interessiert?
- Die Umlaufbahnen der Planeten. Bild
- Raumzeit: Weltraumschrott. Podcast
- Im Wiener Haus des Meeres befindet sich eine Anlage, in die man Geld hineinwerfen kann. Das Geldstück rollt so lange um das Loch im Zentrum, als seine Geschwindigkeit groß genug für diese Umlaufbahn ist.
Rechnungen
- Um wie viel % hat die Gravitationskraft auf 400 km Höhe im Vergleich zur Erdoberfläche abgenommen?
- Wie groß ist die erste kosmische Geschwindigkeit? (Erdumlaufbahn)
- Wie groß ist die zweite kosmische Geschwindigkeit? (Erdumlaufbahn verlassen)
- Wie groß ist die dritte kosmische Geschwindigkeit? (Sonnenumlaufbahn verlassen)
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Kann man diese Zahlen in einen Zusammenhang bringen, bestätigen oder als falsch identifizieren?
Quelle: http://www.astronoo.com/articles/ISS-en.html
Was sich auch immer sich in der Erdumlaufbahn befindet, es bleibt dort, bis es zu langsam wird und wieder herunterfällt. Bestandteile der Atmosphäre bremsen auch Satelliten ab, die Treibstoff mitnehmen müssen, um immer wieder zu beschleunigen damit sie nicht herunterfallen.
