THEMA:

Ich habe im offiziellen Fragen zu den Bücher Bereich eine Antwort von Rainer gelesen, die mir nicht ganz klar ist.

Rainer schrieb:

Alle 4 Grundkräfte sind Scheinkräfte bzw nennt man sie eher "konservative" Kräfte.

Dass man Gravitation im Gegensatz zu Elektromagnetismus nicht abschirmen kann, liegt allein daran, dass es keine negative Masse gibt. Bei der Schwachen und der Starken Kernkraft stellt sich diese Frage hingegen gar nicht, weil sie sehr kurze Reichweite haben.

Warum sind alle vier Grundkräfte konservative Kräfte? Laut Definition meines Physikbuches sind dies Kräfte die entlang eines geschlossen Weges keine Arbeit verrichten.

Für die Gravitation wird immer das Beispiel mit dem Skifahrer gebracht. Aber wie kann ich mir das bei den anderen Kräften vorstellen.

Viele Grüße und frohe Ostern

Kasmodia schrieb:

Ich habe im offiziellen Fragen zu den Bücher Bereich eine Antwort von Rainer gelesen, die mir nicht ganz klar ist.

Rainer schrieb:

Alle 4 Grundkräfte sind Scheinkräfte bzw nennt man sie eher "konservative" Kräfte.

Dass man Gravitation im Gegensatz zu Elektromagnetismus nicht abschirmen kann, liegt allein daran, dass es keine negative Masse gibt. Bei der Schwachen und der Starken Kernkraft stellt sich diese Frage hingegen gar nicht, weil sie sehr kurze Reichweite haben.

Warum sind alle vier Grundkräfte konservative Kräfte? Laut Definition meines Physikbuches sind dies Kräfte die entlang eines geschlossen Weges keine Arbeit verrichten.

Für die Gravitation wird immer das Beispiel mit dem Skifahrer gebracht. Aber wie kann ich mir das bei den anderen Kräften vorstellen.

Viele Grüße und frohe Ostern

Solange du Arbeit als Potentialdifferenz ausdrücken kannst, ist die Arbeit nur vom Ort und nicht vom Weg abhängig. Und da das Potential eines Feldes nur vom Ort abhängt, und du entlang eines geschlossen Weges wieder beim selben Ort ankommst, ist dann auch die verrichtete Arbeit 0. Also sobald du ein Potentialfeld hast, hast du eine konservative Kraft. Mit Schwacher und Starker Kernkraft habe ich mich nicht wirklich beschäftigt, das wird dann bei denen allerdings wohl auch so sein.

Frohe Ostern!

Richtig.

"Kraft" ist alles, was man mit F=a·m beschreiben kann bzw die Einheit Newton hat.

Scheinkräfte kann man durch Wahl des unbeschleunigten Beobachters in einem Inertialsystem wegtransformieren.
Allerdings wird gerne auch die Gravitation als Raumzeitkrümmung ("freier Fall") in diesem Zusammenhang genannt, das hatte mich zu dem Post veranlasst.
Das sollte man aber nicht so nennen (da der freie Fall noch kein Inertialsystem garantiert!).

Konservative Kräfte hat Arrakai genau beschrieben. Das Besondere ist hier, dass die Energie dem beschleunigten Körper in anderer (verwertbarer) Form erhalten bleibt (geschlossenes System).
d.(T+V) = 0
wie beim idealisierten Pendel (abgesehen von Reibung) gut zu beobachten.

Im Prinzip sind natürlich alle Wechselwirkungen konservativ, und jede Kraftanwendung beruht auf diesen Wechselwirkungen.

Der Unterschied zu konservativen Kräften ist dabei dann, dass die aus dem Potential umgewandelte Energie entzogen wird (offenes System), um zB etwas anderes zu beschleunigen (Impulsübertrag). Es gibt also eine Energiequelle.
d.(T+V+B) = 0
d.(T+V) < 0

Als Beispiel nehmen wir eine Batterie. Sofern daraus Energie entnommen wird, sinkt das (zB chemische) Potential und somit die Gesamtenergie der Batterie. Die Batterie ist dann ein offenes System, weil die Energie B entnommen wurde. Das Gleiche ergibt sich, wenn das Pendel gegen einen anderen Gegenstand stößt, dabei wird Energie mit dem Impuls übertragen, das Pendel hat Energie B verloren.

Kleiner Nachtrag:

Rainer schrieb:

"Kraft" ist alles, was man mit F=a·m beschreiben kann bzw die Einheit Newton hat.

Üblich werden Kräfte phänomenologisch beschrieben, zB Casimir-Kraft, Adhäsionskraft etc. Man kann aber auch Kräfte aus Prinzipien formulieren, zB Fermikraft (bzw Fermidruck) aus dem Pauliprinzip.

Kosmodia,

man spricht gerne von 4 Grundkräften, also der Gravitation, der elektromagnetischen Kraft, der starken Kraft, und der schwachen Kraft.
Bei der Gravitation gibt es keine Wechselwirkungsteilchen, die diese Kraft vermitteln könnten. Man hat zwar Gravitonen als solche postuliert, aber nie nachweisen können.
Deshalb , und auch nach Einsteins Beschreibung eines geometrischen Zusammenhangs, ist die Gravitation die einzige Scheinkraft unter den Vieren.
Die anderen Drei haben kraftvermittelnde Wechselwirkungsteilchen.
Für die elektromagnetische WW sind es die Photonen.
Für die Starke Kernkraft sind es die Gluonen.
Für die Schwache Kernkraft sie es die W und Z Bosonen.

Siehe Standartmodell der Teilchenphysik.

Der Begriff konservative Kräfte kommt aus der Historie und verweist auf den Kraftbegriff, den Newton eingeführt hat.

Seit Einstein gehört die Gravitation nicht mehr zu den Kräften, sie ist eine „Scheinkraft“, die aber immer noch bei niedrigen Geschwindigkeiten und moderaten Raumzeitkrümmungen mit Newton beschrieben werden kann.

Der Mond bleibt auf seiner Umlaufbahn ja nicht deshalb, weil da ein Seil die Erde mit dem Mond verbindet, sondern deshalb, weil der Mond im Gravitationsfeld der Erde umläuft, verursacht durch ihre Masse, nicht durch eine Kraft.

Thomas

Thomas schrieb:

Die anderen Drei haben kraftvermittelnde Wechselwirkungsteilchen.
Für die elektromagnetische WW sind es die Photonen.
Für die Starke Kernkraft sind es die Gluonen.
Für die Schwache Kernkraft sie es die W und Z Bosonen.

Das ist vollkommen richtig.

Es klingt allerdings so, als ob Du mit "kraftvermittelnd" den Eichbosonen reale Kräfte (Energieübertrag bzw Impulsübertrag) zuschreiben würdest.

Tatsächlich formen sie lediglich das jeweilige Potential, welches die Ladungen wiederum genauso wie die gekrümmte Raumzeit veranlasst, sich zum niedrigeren Potential zu bewegen. (Dabei gehen zB die positive und die negative Ladung automatisch entgegengesetzte Richtungen). Ähnlich ist es bei Schwacher und Starker Kraft. Man spricht ja deshalb auch vom Potentialtopf, Potentialwall etc.

Man kann sich das ganz abstrakt auch als gekrümmten Raum in der jeweiligen Ladungsdimension vorstellen bzw einfach Potentialfeld
Φ°=Q°/r
und Kraftfeld
E¹=∇¹Φ°
bzw Beschleunigungsfeld
a¹=E¹ρ°=E¹q°/m
nennen.

Es wäre falsch, die Eichbosonen mit der gekrümmten Raumzeit zu vergleichen:
die Eichbosonen beschreiben lediglich den Übertrag der Wirkung (Potentialbildung) in die Ferne und die gekrümmte Raumzeit beschreibt lediglich das Ergebnis der Krümmung, nicht aber den Transport in die Ferne. Beides genügt natürlich letztlich zur vollständigen Beschreibung der Bewegungen.

Arrakai, Rainer und Thomas,

Danke Euch erstmal für die Antworten. Die Beschreibung einer konservativen kraft als Potentialfeld macht natürlich Sinn für den Elektromagnetismus und Gravitation. Aber bei starker und schwacher Kernkraft gibt es doch kein Kraftfeld im eigentlichen Sinne? Okay, die beiden Kräfte kann man jeweils durch eine jeweilige Quantenfeldtheorie beschreiben, ich weiss aber nicht wo das Feld ist.

Vielleicht kann mir das ja noch mal versuchen zu erklären.

Kasmodia schrieb:

Vielleicht kann mir das ja noch mal versuchen zu erklären.

Die Starke Kernkraft wird noch nicht ganz verstanden.

Jede dieser Kräfte basiert auf Potentialen. Die Elementarteilchen streben in die Position mit dem niedrigsten Potential. Dann wird Bindungsenergie frei. Dadurch ist die Endposition stabil, weil die Teilchen Energie benötigen würden, das Potential wieder zu überwinden.

Diese beiden Wechselwirkungen haben deshalb kurze Reichweite, weil die Gluonen als Bosonen der Starken Kraft selbst Ladung tragen und die W- und Z-Bosonen der Schwachen Kraft massebehaftet sind und die kurze Lebensdauer durch die UR diktiert wird. Das spielt aber nur für die räumliche Verteilung des Potentials eine Rolle.

Ergänzung:
www.solstice.de/grundl_d_tph/sm_ww/sm_ww_sta2.html

zB beteiligte Potentiale der Starken Wechselwirkung

Rainer,

klar, man muss unterscheiden zwischen „kraftvermittelnd“ und dem Potentialbegriff.
Der letztere Begriff ist der richtigere!
Er bezieht sich auf die Feldtheorien und damit auf die heute gültigen Beschreibungen.
Der Begriff Kraft ist somit eine historische Altlast.

Ich weiß nur nicht, ob das jedem hier klar ist.

Thomas

Man muss dabei eben auch an Einsteins Äquivalenzprinzip denken. Der Mann in der Rakete kann nicht wissen, ob die Rakete von einer Zugmaschine beschleunigt wird, oder ob sie auf der Erdoberfläche im Gravitationsfeld steht, der Mann in der Rakete spürt eine Kraft. Auch wenn diese Gravitationskraft letztlich anders zu verstehen ist, kann man den Begriff der Kraft nicht einfach ausradieren. Das Gewicht ist eine Kraft, alles mit der Einheit N (Newton) ist eine Kraft, wie sie erzeugt wird, steht auf einem ganz anderen Blatt. Das kann der Mann in der Rakete nämlich gar nicht unterscheiden.

Naja, das sag ich doch. Wir wechseln im Zeitverlauf bei zunehmendem Verständnis die Begriffe.
Das heißt, dass historisch geprägte Begriffe nicht gleich falsch sind. Sie bleiben nützlich in der Beschreibung vieler Naturphänomene.
Aber sie werden in einer allgemeineren Beschreibung zu Spezialfällen.
So wird aus einer Kraft eben eine Potentialdifferenz.
Thomas