Frage:
Ein in einem Beschleunigungszug hängender Bob bewegt sich rückwärts. Was ist die Kraft, die es rückwärts bewegt?
mckong
2019-11-20 21:21:40 UTC
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Wenn der Zug beschleunigt, beschleunigt der Bob auch mit der gleichen Größe und Richtung wie der Zug. Aus dem Freikörperbild geht hervor, dass nur Spannung und Gewicht auf den Bob ausgeübt werden. Ich verstehe, wie man die "horizontale Komponente" der Spannung mit der Beschleunigung des Bob in Beziehung setzt. Es bewegt sich "rückwärts" und tatsächlich unterscheidet sich seine vertikale Position von der, wenn der Zug nicht beschleunigt.

Ich bin nicht sicher, ob Trägheit diese Situation erklären könnte.Was bewegt der force mit der Höhe nach hinten / hebt ihn an?

[Dieses] (https://youtu.be/0GNdyi3NatU) Video könnte helfen.
Einfacher geht es nicht, das Scharnier oben wird nach vorne geschoben - so einfach ist das.
Es ist dieselbe Kraft, die den Zug vorwärts beschleunigt, jedoch aus der relativen Perspektive des beschleunigenden Zuges selbst betrachtet.
Angenommen, der Zug fährt genau nach Osten und beschleunigt nach Osten.In welchem Sinne bewegt sich der Bob * rückwärts *?Der Bob bewegt sich * auch * nach Osten;es wird sicher nicht * immer westlicher *.Können Sie die Frage klären?
@Eric Sie verwenden dort einen Trägheitsrahmen. Das OP verwendet einen Nicht-Trägheitsrahmen.Wenn Sie im Zug sitzen und nach vorne schieben, so dass (bei ruhendem Zug) der Bob an Ihrer Schulter hängt, schwingt der Bob zu einer Stelle hinter Ihrer Schulter, während der Zug vorwärts beschleunigt (während Sie, wie Sie sagen)(bewegen Sie sich in Vorwärtsrichtung des Zuges, zunächst nur langsamer als in diese Richtung).
Es ist die Schwerkraft.Ernsthaft.
@dmckee: Wenn dies der Fall ist, verstehe ich nicht, wie sich die Diagramme in der Frage auf die Frage beziehen.Die Diagramme in der Frage zeigen Kräfte, die nur nach unten und links wirken, und eine Nettokraft nach links.Wir würden daher erwarten, dass sich der Bob nach links bewegt, und er * bewegt * sich nach links, gesehen von dem Rahmen aus, in dem sich der Zug nach links bewegt.Wenn das Originalplakat andere Kräfte im Auge hat, sollte dieses Diagramm gezeichnet werden.
Fünf antworten:
rghome
2019-11-20 21:34:37 UTC
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Der Bob bewegt sich überhaupt nicht rückwärts.Der Zug fährt vorwärts (gemäß Ihrem Referenzrahmen) und wenn der Bob nicht am Zug befestigt wäre, würde er stationär bleiben.Da es am Zug befestigt ist, besteht eine Spannung im Draht (da sich der obere Ankerpunkt mit dem Zug bewegt und der untere am Gewicht befestigt ist, wird der Draht leicht gedehnt).Die vertikale Komponente dieser Spannung (die in Richtung des Drahtes verläuft) wirkt der Schwerkraft entgegen und lässt den Bob steigen, während die horizontale Komponente das Gewicht in Richtung des Zuges beschleunigt.

Wenn der Bob beim Beschleunigen des Zuges steigt, bedeutet dies, dass die vertikale Komponente der Spannung größer ist als das Gewicht des Bob?Und hängt es mit der Trägheit zusammen?Vielen Dank.
Ja, die Spannung entspricht der Schwerkraft, wenn der Zug steht, um die Schwerkraft auszugleichen.Wenn der Zug beschleunigt, ist er größer, da er (schließlich) sowohl die Erdbeschleunigung als auch die Zugbeschleunigung ausgleicht.Wie James in seiner Antwort betont, sind diese gleichwertig.
Ich verstehe, dass die Spannung größer ist als bei stehendem Zug.Darf ich wissen, warum die vertikale Komponente der Spannung größer als das Gewicht ist und den Bob steigen lässt, wenn der Zug horizontal beschleunigt?Ich weiß, dass die Saite einen Winkel bilden muss, sonst wirken keine horizontalen Komponenten auf den Bob für die horizontale Beschleunigung.Ich kann jedoch nicht herausfinden, warum und wie das passiert.
Die Spannung ist in Richtung der Saite (die vertikal beginnt).Die Spannung muss also zunächst vertikal sein und jede Zugabe muss den Bob anheben.Wenn sich der Winkel ändert, nimmt die Kraft aufgrund der Spannung in vertikaler Richtung ab und in horizontaler Richtung zu, sie ist jedoch zunächst meist vertikal.
@rghome: Tatsächlich bleibt die vertikale Komponente bei der horizontalen Beschleunigung des Zuges gleich $ mg $.Die horizontale Komponente ist gleich $ ma $, wobei $ a $ die horizontale Beschleunigung ist.
@James Damit sich der Bob nach oben bewegt (wenn er zurückschwingt), muss die vertikale Spannungskomponente vorübergehend höher als _mg_ sein.Sobald es sich in einem stabilen Zustand befindet, wird es dasselbe sein.
@rghome: Ich entschuldige mich.Ich habe über den stationären Zustand gesprochen und nicht bemerkt, dass Sie über die Dynamik gesprochen haben.
Wenn es sich also um die vertikale Komponente der Spannung handelt, die den Bob anhebt, gibt es in einem solchen Fall eine Pseudokraft?
@mckong Pseudokräfte treten nur in nicht trägen Rahmen auf.Da wir die Situation anhand eines Trägheitsreferenzrahmens analysieren (also träge genug für diese Situation), gibt es keine.Wenn Sie die Situation anhand des Referenzrahmens des Zuges analysieren, liegt eine Pseudokraft vor.
@mckong Es ist sehr wichtig zu wissen, welcher Referenzrahmen verwendet wird, aber welcher Zeitpunkt dargestellt wird.Der Bob steigt jetzt überhaupt nicht an, da dies eine Momentaufnahme eines Augenblicks ist, in dem sich der Bob nicht mehr auf oder ab bewegt.Dies ist nicht intuitiv, da der Zug ungewöhnlich lange ständig beschleunigt, um dem Bob Zeit zu geben, sich niederzulassen.Versuchen Sie dieses Experiment in einem echten Zug und Sie werden einiges an Schwingen sehen, es sei denn, Sie setzen einen Bewegungsdämpfer auf den Bob.Hier ist ein Video eines [ähnlichen Experiments] (https://www.youtube.com/watch?v=y8mzDvpKzfY).
James
2019-11-20 21:50:10 UTC
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Die Antwort von rghome ist richtig, wenn die Erdoberfläche als Referenzrahmen ausgewählt wird.

Now betrachtet dies mit dem Waggon als Referenzrahmen.

Nach dem Äquivalenzprinzip ist der Effekt eines beschleunigenden Referenzrahmens identisch mit einem Gravitationsfeld.

Dies bedeutet, dass Sie im Zugwagen (ohne Fenster) nicht wissen können, ob ...

  1. Der Waggon beschleunigt oder
  2. Die Schwerkraft hat zugenommen und der Winkel des Gravitationsfeldes hat sich verschoben.In diesem neuen Gravitationsfeld hängt der Bob immer noch "gerade" und der Boden des Wagens ist nicht mehr senkrecht zur Schwerkraftrichtung.
    3. ol>

    Wenn Sie im beschleunigenden Waggon stehen würden, wäre es ebenfalls schwer zu unterscheiden, ob ...

    1. das Auto beschleunigte oder
    2. Ein Ende des Wagens war angehoben.
      3. ol>
Sie müssen Einstein nur ansprechen, um einen anständigen Namen für die Phänomene zu finden.Auf der Ebene dieses Problems (und nicht in Bezug auf Licht und Zeit) wurde dies alles im Zusammenhang mit Trägheitspseudokräften in der klassischen Mechanik gut verstanden.Das große Problem ist, dass die mit geradlinigen Beschleunigungen verbundene Pseudokraft die einzige ist, die keinen Namen hat.
Könnte diese Pseudokraft berechnet werden?Und was übt diese Kraft auf den Bob aus?
@mckong: Der Wert der horizontalen "Pseudo" -Kraft ist gleich der Bob-Masse multipliziert mit der horizontalen Beschleunigung ($ ma $).In meiner Antwort habe ich versucht zu erklären, dass aus Sicht eines Beobachters aus dem Zug heraus die Beschleunigung des Zuges zur linken Seite Ihres Diagramms nicht von der Anziehungskraft eines massiven Objekts auf der rechten Seite des Zuges zu unterscheiden ist.Deshalb ähnelt die Gleichung für die Pseudokraft ($ ma $) so sehr der Kraft aufgrund der Schwerkraft ($ mg $).
@dmckee: Ich wollte die Frage nicht durch Berufung auf das Äquivalenzprinzip komplizieren.Für mich scheint die Hinzufügung einer zweiten Anziehungskraft viel einfacher zu erfassen zu sein, als sich Beschleunigungs- und Pseudokräfte vorstellen zu müssen.
@dmckee Nur zur Veranschaulichung, ich habe manchmal gehört, dass es "die" Trägheitskraft genannt wird.
AccidentalTaylorExpansion
2019-11-21 17:02:51 UTC
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Dies ist das Problem der Beschleunigung von Referenzrahmen. Newtons erstes Gesetz:

In einem Trägheitsreferenzrahmen bleibt ein Objekt entweder in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter, es sei denn, es wird von einer Kraft beaufschlagt

kann als Bedingung dafür angesehen werden, dass die anderen Gesetze gelten. Der Rahmen, der sich mit dem Zug bewegt, ist offensichtlich ein beschleunigender Referenzrahmen, daher ist er nicht träge und wir können Kräfte erwarten, bei denen es keine geben sollte. Diese Kräfte, die in beschleunigenden Referenzrahmen auftreten, werden als fiktive Kräfte oder Pseudokräfte bezeichnet. Stellen Sie sich vor, Sie sind auf einem sehr schnellen Karussell und stellen einen Eimer Wasser in die Mitte. Das Wasser wölbt sich ohne erkennbaren Grund (aus Ihrem Referenzrahmen) an den Seiten des Eimers. Dies ist auch ein Effekt von nicht trägen Rahmen.

Wenn Sie einen trägen Rahmen finden, funktioniert alles wie erwartet. Newtons Gesetze gelten und es gibt keine fiktiven Kräfte. Von dem Rahmen außerhalb des Zuges sieht alles gut aus. Der Zug beschleunigt und der Bob wird nur mit Verzögerung mitgezogen, da die Kraft über das Seil wirken muss. Das Seil kann nur seitwärts Kraft ausüben, wenn der Bob nicht direkt darunter hängt.

Stian Yttervik
2019-11-21 19:25:54 UTC
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Nichts bewegt es rückwärts

Der Zug beschleunigt, aber the Bob ist nicht.Damit der Bob mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Zug beschleunigt werden kann, muss eine Kraft seitlich auf ihn einwirken.Dies erfolgt als Verschiebung von $ \ theta $ span> auf $ \ vec T $ span> - kombiniert mit der Schwerkraft $ m \ vec g $ span> erzeugt eine resultierende Beschleunigung $ \ vec a $ span>

Dies gilt nur für bestimmte Referenzrahmen.Wenn Sie im Zug sitzen, während die Motoren anfangen zu arbeiten, sehen Sie deutlich, wie sich der Bob rückwärts bewegt.Das ist keine ungültige Beobachtung, es ist nur kein Trägheitsreferenzrahmen.
@Arthur Ich sage nicht, dass es sich nicht rückwärts bewegt, nur dass es sich nicht rückwärts bewegt.Es wird über eine schräg verlaufende Schnur vorwärts beschleunigt.Das resultierende virtuelle Bild eines Bob, der schief "hängt", ist so, dass die auf ihn einwirkenden Kräfte ausgeglichen werden.
"Der Zug beschleunigt, aber ** der Bob ist nicht **" und "Ich sage nicht, dass er sich nicht rückwärts bewegt" scheinen mir etwas widersprüchliche Aussagen zu sein.Ich habe gegen Ersteres protestiert, aber wenn Sie nicht mehr dazu stehen, ist das in Ordnung.Gemäß dem Referenzrahmen eines Passagiers ist der Zug auch stationär, und der Ball wird durch die Schwerkraft rückwärts bewegt.
SK Dash
2019-11-28 22:17:26 UTC
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Gravity !!! Ich weiß, dass Sie mit dieser Antwort überrascht sein könnten, aber es ist nicht die gute alte klassische Newtonsche Gravitation.Dies ist die allgemeine Relativitätstheorie, die grundsätzlich besagt, dass alle Gesetze der Physik unabhängig vom Referenzrahmen gleich sein müssen. Diese Symmetrie, auch als Äquivalenzprinzip bekannt, führt zu dem, was wir als Zentrifugalkräfte betrachten.

Das Äquivalenzprinzip besagt, dass die Schwerkraft nur eine Beschleunigung ist, und genau das passiert hier.

Es gibt eine sehr schöne Erklärung von Steven Weinberg in einem kurzen Interview.Link- https://youtu.be/0gSomorLJQU



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