Wikipedia:Redaktion Physik/Qualitätssicherung/Archiv/2021/Mai

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Im Artikel wird derzeit in einem Rechenbeispiel für eine Stützmasse, die 90 % der Raketenmasse ausmachen und mit 10 m/s ausströmen soll, eine Maximalgeschwindigkeit der Rakete nach Ausströmen der gesamten Stützmasse "auf einen Schlag" von 90 m/s hergeleitet, während nach der Raketengrundgleichung ca. 23 m/s herauskommen sollte. Die Herleitung ist offensichtlich falsch, s. a. Artikel-Disk. --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-21T07:05:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Sowohl die Herleitung der Raketengrundgleichung und ihr Ergebnis mit 23 m/s als auch die Angabe der 90 m/s sind richtig. Es bleibt die Frage, ob die Tabelle mehr didaktischen Nutzen als Schaden anrichtet. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T09:56:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-21T07:05:00.000Z11

erledigt|--Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T09:56:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Nein, die "90 m/s" sind in diesem Zusammenhang Unsinn. Die Raketengrundgleichung geht davon aus, dass ein immer mehr abnehmender Anteil des Treibstoffs mitbeschleunigt wird. 90 m/s erhält man nach dem Impulserhaltungssatz, wenn zwei Teile der Rakete in verschiedene Richtungen fliegen. Das ist dann eine Explosion, aber keine Rakete. Die ohne Erklärung erwähnten 90 m/s verwirren nur. --Optimum (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Optimum-2021-05-21T10:14:00.000Z-Raketengrundgleichung11

"Könnte man den kompletten Treibstoff auf einen Schlag ausstoßen, würde sich für die Nutzlast eine Geschwindigkeit von 90 m/s ergeben.", heißt es in dem Artikel. Wenn ich meinen Grammatik-Duden aufschlüge, läse ich, die Verbform des Wortes "könnte" sei der Konjunktiv II, der im Deutschen zur Darstellung des Irrealis verwendet werde. Im Gegensatz zur Raketengrundgleichung macht es hier aber keinen Unterschied, da ich das auch ohne nachzuschlagen sagen kann. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T10:39:00.000Z-Optimum-2021-05-21T10:14:00.000Z11

Es gibt bestimmt noch eine Menge anderer Dinge, die man auch machen "könnte", die aber ebenso nichts mit der Raketengrundgleichung zu tun haben und daher nicht im Artikel erwähnt werden. Im Moment sieht es so aus, als wenn eine Rakete unter bestimmten Bedingungen den kompletten Treibstoff auf einen Schlag ausstoßen könnte, was aber nicht der Fall ist. Man kann die 90 m/s nicht mit der Raketengrundgleichung berechnen. --Optimum (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Optimum-2021-05-21T12:03:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T10:39:00.000Z11

Ich widerspreche dir in beiden Punkten: Erstens hat es aufgrund der Verwendung des Konjunktivs nicht den Anschein, die Rakete könne das, sondern das Gegenteil ist der Fall; er zeigt an, dass sie es eben nicht kann. Zweitens dient gerade dieser Satz zur Motivierung der Raketengrundgleichung, um darzulegen, dass ${\displaystyle \mathrm {d} p=m\,\mathrm {d} v}$ nicht generell genug ist: "Wenn wir mit dem Handwerkszeug, das wir bis zu diesem Punkt kennen [, das gültig wäre, wenn ...], arbeiten, dann kommt das falsche Ergebnis dabei raus." --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:16:00.000Z-Optimum-2021-05-21T12:03:00.000Z11

Wenn im Text steht, eine Rakete könnte etwas machen, dann bedeutet das, dass sie es nicht kann? Klingt für mich unlogisch. --Optimum (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Optimum-2021-05-21T12:33:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:16:00.000Z11

Nein, in dem Text steht nicht, die Rakete könnte etwas machen, sondern in einem Konditionalsatz steht eine Bedingung im Irrealis. Das ist die deutsche Sprache, you don't like it, go somewhere else. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:43:00.000Z-Optimum-2021-05-21T12:33:00.000Z11

Komm mir nicht mit solchen grammatikalischen Spitzfindigkeiten. Der Artikel soll die Raketengleichung erklären und ist kein Deutschlehrerseminar. --Optimum (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Optimum-2021-05-21T13:39:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:43:00.000Z11

Die "90 m/s" "fallen vom Himmel"; sie werden weder hergeleitet, noch wird behauptet, daß sie irgendwie aus der RGG folgen. Physikalisch sind sie aufgrund der dafür gar nicht vorhandenen Energie ohnehin falsch. Aber die Einleitung sagt, daß die RGG die maximal erreichbare Geschwindigkeit beschreibt, was Du damit "begründest", der Treibstoff müsse zunächst selbst beschleunigt werden und könnte nicht auf einen Schlag komplett ausgestoßen werden. Nun war aber genau das angenommen und ist selbstverständlich möglich. Wie schon in der Art.-Disk dargelegt, könnte das Triebwerk wie ein Kanonenrohr aufgebaut sein und der Treibsatz von vorne nach hinten, also zur Mündung hin, abbrennen. Er wird dabei überhaupt nicht in Flugrichtung beschleunigt, sondern im Gegenteil nach hinten ausgestoßen, und konsequenterweise kann die Rakete so eine höhere Geschwindigkeit als nach der RGG erreichen, allerdings nicht 90 m/s. Somit ist die Aussage in der Einleitung auch falsch. --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-21T12:38:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:16:00.000Z11

Natürlich folgen sie nicht aus der RGG, ... aber durch dein ständiges Wiederholen deiner falschen Aussage, dass die 90 m/s bei naiver Betrachtung durch den IES falsch seien, wird sie nicht richtiger. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:43:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-21T12:38:00.000Z11

"Natürlich folgen sie nicht aus der RGG, ..." Solange nicht endlich mal sauber dargelegt wird, wo die denn eigentlich herkommen sollen, also welche Annahmen eigentlich zugrundegelegt werden sollen, sind die schlicht Müll. Du kannst jetzt gerne anfangen, mit Wasserstoffbomben zu schmeißen, also beliebige Zusatzannahmen aus dem Hut zu ziehen, nur sollte sich die Logik eigentlich besser an den Rahmen des physikalisch Möglichen halten - Annahmen, die mehr Energieeinsatz postulieren, als überhaupt zur Verfügung steht, können getrost auch deorbitiert werden. --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-21T12:52:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:43:00.000Z11

Impulserhaltungssatz, nicht Energieerhaltungssatz! Sobald irgendein Treibstoff gezündet wird, gilt keine (mechanische) Energieerhaltung mehr, weil die aus der Reaktion freiwerdende hinzukommt. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T13:16:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-21T12:52:00.000Z11

Kompletter Unsinn! Natürlich gilt der Energieerhaltungssatz! Die Komponenten fliegen doch überhaupt nur deswegen auseinander, weil der Treibstoff gezündet wurde und die Energie zum Auseinandertreiben bereitstellt. Die Argumentation mit dem Impulserhaltungssatz "Der Treibstoff strömt auf einen Schlag mit 10 m/s aus, also muß die Rakete mit der neunfachen Geschwindigkeit, 90 m/s, wegfliegen, weil sie nur ein Neuntel von dessen Masse hat" ist doch völlig unphysikalisch. Zunächst einmal ist das ein Bezugssystemfehler: Die Ausströmgeschwindigkeit bezieht sich natürlich auf das "Hardwaresystem", also die Rakete. Da kann man aber nicht argumentieren: "Erst nagele ich die Rakete an der Startrampe fest, zünde den Treibstoff und laß ihn mit 10 m/s ausströmen, und wenn der weg ist, dann geht's 'Anker auf' und ich überlasse die leere Rakete dann dem Impulserhaltungssatz, woraufhin sie mit 90 m/s abhebt". Richtig ist allein, im Handbuch nachzuschauen, welchen Brennwert der Treibstoff hat - im Beispiel sind's 50 J/kg entsprechend einer Ausströmgeschwindigkeit von 10 m/s - und dann mit der verfügbaren Gesamtenergie von 4,5 kJ Energie- und Impulserhaltung für den elastischen Stoß gemeinsam anzusetzen. Die von Dir propagierte Geschwindigkeitsverteilung 10/90 m/s führt auf eine um den Faktor 10 zu hohe Gesamtenergie von 45 kJ. Die tatsächlichen Geschwindigkeiten erhält man somit ganz einfach dadurch, daß man 10 und 90 durch den Faktor SQRT(10)~3,1 teilt, da kommt dann also was wie 3,1 und 28 m/s heraus, was insofern noch etwas verblüffen mag, weil der Treibstoff dann im Raketenbezugssystem mit ca. 32 m/s wegfliegt, aber das paßt schon, weil sich der Treibstoff sehr wohl über seine kontinuierliche Austrittsgeschwindigkeit hinaus beschleunigen kann. --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-22T01:26:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T13:16:00.000Z11

"Explosion" hin oder her: was ist eine Rakete? Das ist ein Gerät, das eine Nutzlast von A nach B bringt, wo es mangels Ozean keine Schiffe und mangels Erdboden keine Eisenbahnschienen etc. gibt. Was ist eine Kanone? Dasselbe... Kanone und Rakete benutzen beide zur Beschleunigung der Nutzlast eine Treibladung. I. a. brennt die in der Kanone auf einen Schlag ab, verwandelt sich also quasi instantan in Treibgas unter hohem Druck. Und nun nehmen wir mal eine praktische Aufgabe: Die Besatzung der ISS will den Müll runterbringen, also eine Tonne Wirdnichtmehrgebraucht deorbitieren. Dafür braucht der Abfalleimer den Bremsimpuls p. Und die Frage ist jetzt, wieviel Treibstoff dafür benötigt wird. Was dabei völlig wumpe ist, ist die Frage, ob der kontinuierlich nach der Raketengrundgleichung abgefackelt wird oder mit einem "Bumm". Was nehmen wir? Natürlich die Methode, die weniger Treibstoff verbraucht, denn das Zeug ist extrem teuer, weil es erst einmal aufwendig in den Orbit transportiert werden muß. Falls die ISS kein "Bumm" in der Nähe haben will: macht nix, dann koppeln wir das Teil erst einmal ab und geben ihm einen kleinen Schubs, und dann wird abgewartet, bis es weit genug davongetrieben ist und erst dann bumm gemacht. Kann dabei "90 m/s" wie im Artikel herauskommen? Nein, natürlich nicht: dann hätten die 10 kg Nutzlast weitaus mehr kinetische Energie - 40,5 kJ - als die 90 kg Treibsatz überhaupt liefern können (s. Artikeldisk), also behaupte hier keiner, daß das stimmt. Das ist einfach Unfug und gehört schon deswegen aus dem Artikel raus. --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-21T12:21:00.000Z-Optimum-2021-05-21T10:14:00.000Z11

Dass dieses Argument vollkommener Unsinn ist, sieht man an einem ganz kleinen Gedankenbeispiel: Wir nehmen 90kg Wasserstoff und zünden damit eine Wasserstoffbombe. Können wir damit genügend Energie erzeugen, um ein 10kg schweres Objekt auf 90 m/s beschleunigen? Ich denke schon. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:25:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-21T12:21:00.000Z11

Wenn die Wasserstoffbombe nur 10 m/s Ausströmgeschwindigkeit erzeugen kann, nicht, und das war die Annahme - mit Albernheiten begib Dich bitte in den Sandkasten zu den anderen Kindern, aber nur mit Hygienemaske! --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-21T12:43:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:25:00.000Z11

Dann bastel ich dir mal ein Zahlenbeispiel (igitt, Zahlen): Masse der Rakete 10kg, Masse des Treibstoffs 90kg. Energiedichte des Treibstoffs 500 J/kg. Zweikörperproblem, trivial und eindeutig lösbar, bitte sehr. Die Lösung lautet übrigens: das 90kg-Objekt fliegt mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s nach links, das 10kg-Objekt mit einer Geschwindigkeit von 90 m/s nach rechts. Was für eine Energiedichte Hydrazin hat, und ob das damit ein realistisches Zahlenbeispiel ist, überlasse ich den Raketeningenieuren. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:55:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-21T12:43:00.000Z11

Kann ich jetzt schon wieder nicht mehr rechnen? Ich komme bei 10 m/s Ausströmgeschwindigkeit (und der Zusatzannahme, daß das Triebwerk mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, der Antriebsstrahl also "kalt" austritt) auf eine Energiedichte von (10 m/s)^2/2=50 J/kg, macht zusammen 90 kg*50 J/kg=4,5 kJ. "Deine" Lösung ergibt 90 kg*(10 m/s)^2/2=4,5 kJ für den Treibstoff plus 10 kg*(90 m/s)^2/2=40,5 kJ für die Rakete bzw. Nutzlast - wo bitteschön soll die zweite Energiekomponente herkommen? (Es ist vollkommen egal, welche Energiedichten reale Raketentreibstoffe haben - im Beispiel waren halt 10 m/s Ausströmgeschwindigkeit angenommen, und das kann dann von mir aus eine Wasserstrahl-Spielzeugrakete mit Druckluftantrieb sein, völlig egal.) --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-22T01:04:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-21T12:55:00.000Z11

Aus dem Treibstoff... chemische Energie, schon gehört? ${\displaystyle \mathrm {3N_{2}H_{4}\rightarrow N_{2}+4NH_{3}+123{,}3\,kJ} }$? Bindungsenthalpie und so? --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-22T01:24:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-22T01:04:00.000Z11

Ja klar aus dem Treibstoff, und wieviel davon folgt aus der Annahme in dem Beispiel: es sind 50 J/kg, entsprechend einer Ausströmgeschwindigkeit von 10 m/s, und mehr ist nicht da und wird es auch durch Wunschdenken und Herbeiphantasieren von Wasserstoffbombenantrieben nicht. --77.10.126.182 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-77.10.126.182-2021-05-22T01:44:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-22T01:24:00.000Z11

Und das basiert -- wie ich auf der Diskussionsseite längst erwähnt hatte -- auf der falschen Annahme, dass sich die freigesetzte Energie irgendwie gleichmäßig auf Rakete und Treibstoff aufteilen würde: Sie tut es nicht. In dem Beispiel kommt am Ende raus, dass 40.500 J in die Rakete gehen und 4500 J in den Rückstoß. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-22T02:38:00.000Z-77.10.126.182-2021-05-22T01:44:00.000Z11

So, das ist jetzt genug getrollt. Niemand hat eine "gleichmäßige Verteilung" behauptet, und 40,5 kJ + 4,5 kJ sind nunmal Faktor 10 mehr Energie als die 4,5 kJ, die überhaupt nur insgesamt zur Verfügung standen. EOD --95.112.53.133 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-95.112.53.133-2021-05-22T08:04:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-22T02:38:00.000Z11

Und wie zum Teufel kommst du dann auf die aberwitzige Idee, dass insgesamt nur 4,5 J zum Beschleunigen der Rakete zur Verfügung stehen??? --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-22T09:22:00.000Z-95.112.53.133-2021-05-22T08:04:00.000Z11

Um dann mal ein Fazit aus der Debatte zu ziehen: Im Artikel wird ausgesagt, daß die RGG die Geschwindigkeit einer Rakete beschreibt, die durch kontinuierliches Ausströmen mitgeführten Treibstoffs beschleunigt wird. (Insbesondere beinhaltet das, daß der noch nicht ausgeströmte Treibstoff auch beschleunigt werden muß.) Damit gibt die RGG bei vorgegebenen Massen von Rakete und Treibstoff sowie dessen Energiedichte also die erreichbare Maximalgeschwindigkeit der Rakete an, was so auch explizit in der Einleitung steht. - Hierbei stellt sich dem kritischen Leser natürlich die Frage, ob denn möglicherweise ein anderes, ggf. günstigeres, Ergebnis für die Maximalgeschwindigkeit herauskäme, wenn die Annahme der kontinuierlichen Ausströmung aufgegeben wird. - Physikalisch hätte es mit der analytische Herleitung der RGG nun eigentlich sein Bewenden. Autoren gefiel es aber, auch noch ein Zahlenbeispiel anzuziehen, aus dem sich aufgrund der angenommenen Ausströmgeschwindigkeit von 10 m/s eine effektive Energiedichte des Treibstoffs von 50 J/kg herleiten läßt und das bei den gegebenen Randbedingungen unter Benutzung der RGG auf eine Endgeschwindigkeit von ca. 23 m/s führt. Damit nicht genug: für die Herleitung sollte dann noch eine I-Männchen-Methode verwendet werden, bei der anstatt von einem kontinuierlichen Massenstrom von einem "portionsweisen" Ausstoßen des Treibstoffs ausgegangen und die Geschwindigkeit dann nicht durch Integration, sondern durch diskretes Aufsummieren der nicht infinitesimalen Geschwindigkeitsinkremente ermittelt wird. Auch das liefert bei sogar nur recht grober Aufteilung schon leidlich brauchbare Approximationen an das analytische Ergebnis. Man beachte: Wenn man sich die Mühe macht, es nachzurechnen, dann sind bei jedem Schritt Energie- und Impulserhaltung gegeben, d. h. im Startrampensystem entspricht die Summe aller kinetischen Energien der Komponenten stets der Energiefreisetzung des bis dahin verbrauchten Treibstoffs - bei der analytischen Rechnung kommt das natürlich auch heraus. Und nun der "Knaller": es wird behauptet, daß bei einer Gesamtfreisetzung des Treibstoffs "auf einen Schlag", also wenn der sozusagen auf der Startrampe in der Brennkammer explodiert, er ebenfalls mit 10 m/s ausströmen und demgemäß aufgrund des Impulserhaltungssatzes die leere Restrakete auf 90 m/s beschleunigen würde. Das ist nun offensichtlich Unsinn, weil unphysikalisch, denn die Komponenten hätten dann insgesamt die Zehnfache kinetische Energie, die im Treibstoff vorhanden war und sich nach der stillschweigenden, in den anderen Rechnungen zugrundegelegten Annahme auch nicht ändern sollte. Die "90 m/s" sind also definitiv falsch und müssen raus aus dem Artikel. Richtig ist aber, daß die Startmethode "der gesamte Treibstoff explodiert auf einmal in der Brennkammer und wird instantan ausgestoßen" zu einer höheren Endgeschwindigkeit - im Beispiel ca. 28 gegenüber ca. 23 m/s - als nach der RGG führt. Das ist auch kein numerisches Artefakt, sondern physikalisch durchaus real - es beruht darauf, daß der Treibstoff eben nicht zunächst mit der Rakete mitbeschleunigt werden muß, sondern sich ausschließlich in Ausstoßrichtung bewegt. Insoweit ist die Aussage über die erreichbare Maximalgeschwindigkeit zu modifizieren und zu präzisieren. - Haben wir es jetzt? --95.112.53.133 Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-95.112.53.133-2021-05-22T09:10:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Und somit beenden wir das Spielchen "ich bastel mir eine neue Physik aus neuen Naturgesetzen, die ich aus meinem (eventuell imaginären) Hut zaubere und beweise damit, dass die Aussagen in der Wikipedia falsch sind." --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-22T09:29:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-22T09:29:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-22T09:29:00.000Z11

Bei der 7 Tage später per Bot erfolgten Archivierung wurden dann auch die folgenden Beiträge mit-archiviert: --Dogbert66 (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Dogbert66-2021-06-18T16:19:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-22T09:29:00.000Z11

Ein letztes Mal zur Güte. Ich spiele dieses Spiel immer mit meinen Zweitsemestern, mit meinen Drittsemestern und mit meinen Fünftsemestern, nur mit Pionen statt mit Raketen. Die Frage lautet immer: Ein Pion zerfällt in ein Myon und ein Neutrino. Wie weit fliegt das Myon? Ich finde die Frage langweilig, die Studierenden finden die Frage langweilig, aber sie muss halt immer kommen, die Antwort geht in jedem Semester gleich wie folgt, aber auch im 5. Semester gibt es immer noch ein paar, die es nicht hinkriegen:

1. OBdA wählen wir das Koordinatensystem in x-Richtung.
2. Es gibt 4 Unbekannte zu bestimmen:
   1. Energie des Myons
   2. Impuls des Myons in x-Richtung
   3. Energie des Neutrions
   4. Impuls des Neutrinos in x-Richtung
3. Es gibt 4 Gleichungen für diese 4 Unbekannten:
   1. Energieerhaltung
   2. Impulserhaltung
   3. Energie-Impuls-Beziehung (x2)
4. Die Lösung der Gleichung ist damit eindeutig bestimmt. Genug Didaktik, jetzt gehen wir vom Pion zur Rakete und lassen die SRT hinter uns. Darüber hinaus erhält eine Rakete ihre Energie nicht aus dem Zerfall des kombinierten Systems, sondern aus einer chemischen Reaktion. Dann stellen wir mal die Gleichungen auf:

   ${\displaystyle {\begin{aligned}1.&&E_{\mathrm {chem.} }&=E_{T}+E_{R}\qquad {\text{(Energieerhaltungssatz)}}\\2.&&0&=p_{T}+p_{R}\qquad {\text{(Impulserhaltungssatz)}}\\3.&&E_{T}&={\frac {p_{T}^{2}}{2m_{T}}}\qquad E_{R}={\frac {p_{R}^{2}}{2m_{R}}}\qquad {\text{(Energie-Impuls-Beziehung)}}\end{aligned}}}$

5. Dabei sind ${\displaystyle E_{T}}$ und ${\displaystyle E_{R}}$ die kinetische Energie der Treibstoffabgase und die kinetische Energie der Rakete nach der Zündung und ${\displaystyle p}$ die entsprechenden Impulse und ${\displaystyle m}$ ihre Massen. ${\displaystyle E_{\mathrm {chem.} }}$ ist die chemische Energie, die bei der Zündung frei wird.
6. Die bis auf das Vorzeichen der Impulse eindeutige Lösung dieses Gleichungssystems lautet:

   ${\displaystyle {\begin{aligned}p_{T}&=-{\sqrt {2E_{\mathrm {chem} }{\frac {m_{T}m_{R}}{m_{T}+m_{R}}}}}&p_{R}&={\sqrt {2E_{\mathrm {chem} }{\frac {m_{T}m_{R}}{m_{T}+m_{R}}}}}\\E_{T}&=E_{\mathrm {chem} }{\frac {m_{R}}{m_{T}+m_{R}}}&E_{R}&=E_{\mathrm {chem} }{\frac {m_{T}}{m_{T}+m_{R}}}\end{aligned}}}$

7. Jetzt nehmen wir eine Rakete, die ist ${\displaystyle m_{R}=10\,\mathrm {kg} }$ schwer und führt ${\displaystyle m_{T}=90\,\mathrm {kg} }$ Treibstoff mit, der bei der Zündung eine Energie von ${\displaystyle E_{\mathrm {chem.} }=45000\,\mathrm {J} }$ freisetzt, und setzen das ganze in die Formeln ein. Es kommt heraus:

   ${\displaystyle {\begin{aligned}E_{T}&=4500\,\mathrm {J} &E_{R}&=40500\,\mathrm {J} \\p_{T}&=-900\,\mathrm {\frac {kg\,m}{s}} &p_{R}&=+900\,\mathrm {\frac {kg\,m}{s}} \end{aligned}}}$

8. Der Rest folgt trivial aus ${\displaystyle v_{i}=p_{i}/m_{i}}$ zu ${\displaystyle v_{T}=-10\,\mathrm {m/s} ,\quad v_{R}=90\,\mathrm {m/s} }$.

Im Übrigen hat das Myon einen Impuls ${\displaystyle p_{\mu }={\tfrac {m_{\pi }^{2}-m_{\mu }^{2}}{2m_{\pi }}}}$ und kommt somit ${\displaystyle s={\tfrac {p_{\mu }}{m_{\mu }}}\tau _{\mu }=186\,\mathrm {m} }$ weit. Nur falls du es auch mal bis zu der Frage schaffst. --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-23T02:37:00.000Z-Raketengrundgleichung11

fand ich didaktisch schön!biggerj1 (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Biggerj1-2021-05-25T20:03:00.000Z-Blaues-Monsterle-2021-05-23T02:37:00.000Z11

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aus der Artikeldisk herüberkopiert (weil der Artikel ärgerlicherweise noch viel faule Stellen hat):--Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-25T10:47:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Gibt es für die "Tabelle" und die anschließende "Verfeinerte Betrachtung" verschiedener Zeitverläufe irgendeinen Beleg? Ich halte das nämlich schlicht für Unsinn, es werden ausschließlich Diskretisierungsfehler berechnet. Wegen ${\displaystyle \mathrm {d} v=-v_{\mathrm {g} }\mathrm {d} m/m}$, wo die Zeit überhaupt nicht vorkommt, ist die erreichte Geschwindindigkeit nämlich ausschießlich durch die bis dahin ausgestoßene Masse determiniert, egal, nach welchem Zeitverlauf. Und für eine didaktisch motivierte Einführung von Integralrechnung ist dieser Artikel sicher nicht der Ort der Wahl. Also raus damit. --Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-24T09:59:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Wieso "Zeitverläufe"? Es geht einfach darum, wie groß die Treibstoffportionen sind. Die Zeit spielt bei der Impulserhaltung keine Rolle, es ist egal ob der Treibstoff in 10 Sekunden oder 10 Stunden ausgestoßen wird. Die Geschwindigkeit ist immer gleich. Der Zeitfaktor spielt nur eine Rolle bei der Berechnung der Energiemenge, die für den Ausstoß notwendig ist. --Mark McWire (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Mark McWire-2021-05-24T16:55:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-24T09:59:00.000Z11

Ich habe den Abschnitt ein bisschen komprimiert auf die wesentlichen Aussagen und Grundlagen. Faktisch spielt es schon eine Rolle für die Endgeschwindigkeit, wie groß und wie zahlreich die Treibstoffportionen sind. Die Raketengrundgleichung ist nur ein mathematischer Grenzwert. --Mark McWire (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Mark McWire-2021-05-24T17:17:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-24T09:59:00.000Z11

Darf ich festhalten: einen Beleg für Deine Tabelle (oder was analoges) hast Du nicht. Und weiter: Die RGG gibt keinen mathematischen Grenzwert, sondern das eindeutig festliegende Endergebnis, wenn die bei der Berechnung berücksichtigten Dinge so gegeben sind - und das ist hier: die Existenz einer differenzierbaren Funktion m(v) (oder äquivalent m(t), denn auch v(t) ist differenzierbar), so dass man überhaupt von Differentialen wie dm reden darf. Bei Deinen "Schritten" macht m(t) aber Sprünge, und der physikalische Fehler kommt dadurch zustande, dass z.B. im ersten Schritt auch das letzte kg Brennstoff noch aus einer Rakete mit v=0 ausgestoßen wird. Das ist nicht besser gerechnet als wenn Du mit gleicher Logik auch gleich alles auf einmal ausstößt und damit auf die (von anderen) imaginierten 90 m/s gekommen wärst. Wenn die RGG nach Deinem Urteil "nur einen mathematischen Grenzwert" ergibt, dann nicht wegen verschiedener möglicher Ansätze zur Stückelung des Treibstoffeinsatzes, sondern wegen zusätzlicher physikalischer Effekte, z.B. Gravitation, Luftreibung. Und ich bleibe dabei: als Beispiel für Integralberechnung ist das hier fehl am Platze. Schmeiß es weg. --Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-24T19:25:00.000Z-Mark McWire-2021-05-24T17:17:00.000Z11

Nehmen wir mal mein Beispiel. Wenn du eine Rakete von 90 kg Treibstoff und 10 kg Nutzlast hast und stößt 10 kg Treibstoff mit -10 m/s aus, hat der Rest der Rakete 1,11 m/s an Geschwindigkeit. Das heißt, auch 80 kg der 90 kg Treibstoff haben jetzt diese Geschwindigkeit. Wenn du die 90 kg mit einem Schlag ausstößt, hat die Nutzlast (10 kg) eine Geschwindigkeit von 90 m/s und der Treibstoff von -10 m/s. Das Problem bei der Betrachtung ist, dass der Rest-Treibstoff immer mit beschleunigt wird. Je kleiner die Schritte, desto geringer die Endgeschwindigkeit der Nutzlast, weil ein immer größerer Anteil des Gesamtimpulses in den Treibstoff wandert. Statt nur die Nutzlast zu beschleunigen, beschleunigt man Nutzlast und Treibstoff zusammen. Die Raketengrundgleichung macht die Annahme, man strömt den gesamten Treibstoff in unendlich vielen Intervallen und unendlich kleinen Portionen aus. Das geht physisch gar nicht. Es ist also nur ein mathematischer Wert, der in der Praxis eh nicht erreicht wird, weil reale Stoffe sich nun einmal nicht in unendlich viele kleinen Teile teilen lassen. --Mark McWire (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Mark McWire-2021-05-24T19:40:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-24T09:59:00.000Z11

Dein Beispiel wäre nur richtig, wenn die 10kg in einem Akt als fester Block abgesprengt und dann mit 10m/s relativ zur Startrampe (festes Bezugssystem) wegfliegen würden. Treibstoff wird dagegen kontinuierlich verbrannt (wie man bei jedem Raketenstart am Feuerschweif erkennt), die Düse wird mit der Rakete kontinuierlich beschleunigt, die 10m/s werden dann nicht mehr gegen das feste Bezugssystem erreicht sondern gegen die Rakete. Daher taugt Dein (ansonsten selbstverständliches) Argument höchstens dafür zu zeigen, dass Du diesen Effekt nicht auf dem Schirm hast (der drückt sich in der Herleitung in der Größe ${\displaystyle v-v_{\mathrm {g} }}$ aus), und damit mangelnden Durchblick zu belegen (oder mich für dumm verkaufen zu wollen, was ich aber nur wegen der Logik vollständigkeitshalber anführe, ohne es unterstellen zu wollen). --Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-24T20:15:00.000Z-Mark McWire-2021-05-24T19:40:00.000Z11

Die Tabelle sollte trotzdem bleiben um das Grundprinzip zu erklären. Die Zahlenwerte in der Tabelle sind natürlich relativ willkürlich gewählt und entstammen keiner schriftlichen Quelle. Unser Physiklehrer hat im Unterricht aber eine ähnlich geartete Tabelle benutzt, mit leicht anderen Zahlenwerten. Ich habe den Text drunherum soweit entschärft, dass er keine Widersprüche zum Lemma oder der mathematischen Herleitung mehr zeigt. --Mark McWire (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Mark McWire-2021-05-24T21:34:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-24T09:59:00.000Z11

Der Artikel ist so immer noch nicht für Wikipedia tauglich (vielleicht, mit genügend Zusatzerklärungen, für ein Schülerforum).

Mängel (Beispiele):

• kein Beleg für den Abschnitt mit der Tabelle (scheint TF aus der Erinnerung des Autors zu sein)
• "${\displaystyle m_{\mathrm {T} }\cdot -v_{\mathrm {g} }}$" Wie kann ein (nach eigener Auskunft) Mathe&Physik-Nachhilfelehrer solche "Formeln" durchgehen lassen oder sogar selber schreiben?
• Schlechte Darstellung: "diskrete Treibstoffportionen" - damit sollen wohl die Moleküle gemeint sein (lt. Diskbeitrag des Autors)?
• Das Rechenbeispiel mit 10kg-Portionen ist physikalisch nur richtig, wenn jede ganze Portion als ein starrer Körper abgesprengt wird und mit 10 m/s (im Ruhesystem der Rakete vor dem Absprengen) nach hinten fliegt. (In diesem Fall sind bei einer einzigen 90kg-"Portion" übrigens die 90 m/s Endgeschwindigkeit auch richtig.)
• Das dritte newtonsche Axiom wird als "vereinfachte" Impulserhaltung dargestellt.
• Die fortgesetzte Rede von "Treibstoffportionen" legt alles andere nahe als (richtig) ein stückweises, abruptes Absprengen, nämlich eher ein intermittierendes Brennen der Triebwerke (was aber überhaupt keinen Einfluss auf die - theoretische - Endgeschwindigkeit nach der Raketengrundgleichung hätte, weil der zeitliche Verlauf mathematisch ohne Belang ist).
• "Die Differentialgleichung wird von m_0 nach m integriert" ist ungenau bis falsch ausgedrückt. dv kann man z.B. nur über v integrieren. Besser stimmen würde etwa: "Integration liefert für die Stammfunktionen ${\displaystyle v=-v_{g}\,\ln m+C}$, die Integrationskonstante ${\displaystyle C}$ ergibt sich aus den Anfangsbedingungen ${\displaystyle v=0,m=m_{0}}$. ..."
• Der zu kleine Betrachtungseinheit verlinkte Artikel enthält den (offenbar frei erfundenen) Begriff gar nicht.

...

Fazit: Überarbeitung dringend. --Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-25T11:24:00.000Z-Raketengrundgleichung11

Dringende Frage an Mark McWire: Hast Du den ganzen Abschnitt mit der Tabelle (größtenteils) mal von hier buchstabengetreu übernommen, ohne zu zitieren? Oder haben die das von Wikipedia kopiert (ohne zu zitieren)? Oder bist Du selber der Autor davon? Sieht jedenfalls total wie paste and copy aus!--Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-25T19:19:00.000Z-Plagiatsverdacht - ausgeräumt11

Die Tabelle habe ich selber erstellt, die haben das von uns abgeschrieben. Auch der Rest des Textes ist 1:1 eine Kopie einer alten Artikelversion. --Mark McWire (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Mark McWire-2021-05-25T19:22:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-25T19:19:00.000Z11

Danke! Ich habe auf der Seite auch gerade den Hinweis auf Wikipedia entdeckt, nach allerlei anderem Kram ganz unten. Also Entwarnung!

Übrigens: Warum hast Du nicht die in Wikipedia zitierte Seite Daniel Ruhstorfer: Schülerarbeit zur Raketengrundgleichung (archivierte Version vom 12. Juni 2018) als Grundlage genommen? Da ist in Kap. 1 alles richtig. --Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-25T19:31:00.000Z-Mark McWire-2021-05-25T19:22:00.000Z11

Jetzt könnten noch geeignete Zahlenbeispiele wieder dazukommen (aber lieber nicht in Form solch riesiger Tabelle). Einwände/Anregungen? --Bleckneuhaus (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Bleckneuhaus-2021-05-28T15:23:00.000Z-überarbeitete Fassung eingestellt.11

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: --Blaues-Monsterle (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Blaues-Monsterle-2021-05-22T09:29:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-28T15:23:00.000Z11

Bei der 7 Tage später per Bot erfolgten Archivierung wurden dann auch die obenstehende Beiträge mit-archiviert. --Dogbert66 (Diskussion) Wikipedia:Redaktion Physik/Qualit%C3%A4tssicherung/Archiv/2021/Mai#c-Dogbert66-2021-06-18T16:19:00.000Z-Bleckneuhaus-2021-05-28T15:23:00.000Z11