Flug gegen Erdrotation

Wissenschaft Physik
#1

Ich habe mir schon seit langer Zeit darüber Gedanken gemacht.

Es geht um die Rotation von Planeten und der induzierte Drehimpuls auf Körper in dem System.

Müsste ein Flugzeug, dass gen Westen, somit entgegen der Erdrotation schneller am Zielort sei, als auf dem Rückweg?

Die Antriebsgeschwindigkeit ist natürlich bei beiden Flügen diesselbe.
Vernachlässigen würde ich alle Winde und Jetstreams, sowie die Luftmassen der Atmosphäre allgemein, da sie in Flughöge (Stratosphäre) ja wesentlich geringer sind. Oder würde dies erst ab 100km+ einen nennenswerten Unterschied machen.

Oder wirkt der Drehimpuls der Erde auf Körper im System, d.h. auch in Flughöhe rotiert der Flugkörper noch mit Erdrotationsgeschwindigkeit.
Er müsste ja eigentlich abnehmen, oder würde sich Flugzeug noch in Millionen Kiloemtern entfernen mitdrehen?

Freue mich über Eure Antworten.

#2

Hallo!

Es ist genau umgekehrt wie Du denkst.

Natürlich nehmen alle Flugkörper den Drehimpuls der Erde mit. Bei Flugzeugen wirkt sich das allerdings überhaupt nicht aus, weil der Luftwiderstand bzw. die Auswirkungen der Jetstreams viel stärker sind. Aber alle Raumfahrzeuge starten nach Osten (also mit der Rotationsrichtung der Erde), weil dies günstiger ist. Weil der Weltraumbahnhof der esa dem Äquator am nächsten ist, wirkt sich hier der Effekt am stärksten aus. Das ist kein zu vernachlässigender Wettbewerbsvorteil in der kommerziellen Raumfahrt.

Der Vorteil ergibt sich also beim Flug mit der Rotation, nicht dagegen.

Michael

#3

Ich habe bewusst Flugzeuge als Beispiel gewaehlt, da Satelliten einfach nur im Orbit gehalten werden muessen. Es geht nicht um die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden. Satelitten haben ja anders als Flugzeuge kein Zielort.

#4

Hallo,

Ich habe bewusst Flugzeuge als Beispiel gewaehlt, da
Satelliten einfach nur im Orbit gehalten werden muessen. Es
geht nicht um die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden.

Sondern um welche Geschwindigkeit in Bezug auf was geht es denn dann sonst? Wenn du uns das nicht sagst, wie soll man dann deine Frage beantworten?

vg,
d.

#5

Es geht um die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden, also wie kann ein Flugzeug schnell von einem Ort an den Anderen gelangen, bei Ausnutzung der Erdrotation.

Übertrieben: Ich verlasse die Atmosphäre mit dem Flugzeug, die Erde dreht sich unter mir weg (1666km/h am Äquator). Danach lande ich wieder.

In wie weit sind bei dieser Vorgehensweise (in 10km Höhe), Größen wie der Drehimpuls hinderlich?

#6

Hallo,

Es geht um die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden, also wie
kann ein Flugzeug schnell von einem Ort an den Anderen
gelangen, bei Ausnutzung der Erdrotation.

Genau das hat dir doch Michael beantwortet:
Mit einem Flugzeug bist du schneller, wenn du mit der Erdrotation fliegst.

Darauf hast du geantwortet: „Es geht nicht um die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden.“.
Jetzt schreibst du, es geht doch um darum. Ja was denn nun? Wenn es um die Geschwindigkeit relativ zum Boden geht, was passt dir denn dann an Michaels Erklärung nicht?

Übertrieben: Ich verlasse die Atmosphäre mit dem Flugzeug, die
Erde dreht sich unter mir weg (1666km/h am Äquator). Danach
lande ich wieder.
In wie weit sind bei dieser Vorgehensweise (in 10km Höhe),
Größen wie der Drehimpuls hinderlich?

Dir ist aber schon klar, dass du in 10km Höhe die Atmosphäre nicht verlassen hast und du das mit einem Flugzeug auch nicht kannst?

vg,
d.

#7

Hallo,

Ich habe bewusst Flugzeuge als Beispiel gewaehlt, da
Satelliten einfach nur im Orbit gehalten werden muessen. Es
geht nicht um die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden.

Sondern um welche Geschwindigkeit in Bezug auf was geht es
denn dann sonst? Wenn du uns das nicht sagst, wie soll man
dann deine Frage beantworten?

der Fragesteller hat klar ausgedrückt, um was es geht.
Müsste ein Flugzeug, dass gen Westen, somit entgegen der Erdrotation schneller am Zielort sei, als auf dem Rückweg?

Weder Michael noch Du (in der Folge)haben darauf geantwortet.
Es ist sehr wohl so,daß ein Satellit,welcher auf gleicher stabiler
Höhe über Erdoberfläche z.Bsp.über Äquator die Erde gegen die
Drehung umrundet in gleicher Zeit eine größere relative Strecke der
Erdoberfläche überfliegt, als wenn er mit der Erddrehung fliegt.
Auch wenn der Fragesteller sich da nicht exakt ausgerückt hat ist
ersichtlich, daß er diesen Effekt auch von einem Flugzeug erwartet
(bei gleicher vergleichbarer Beschleunigungsleistung)da auch dieses
nur begrenzt von der Atmosphäre mitgenommen wird.
Die Antwort ist - ja, der „Zielort“ wird schneller erreicht.
Unter Zielort ist natürlich wieder nicht ein bestimmter Ort auf der
Erde gemeint, sondern eine fixe Distanz zur Startposition.
Gruß VIKTOR

#8

Hallo,

Es geht um die Rotation von Planeten und der induzierte
Drehimpuls auf Körper in dem System.

Müsste ein Flugzeug, dass gen Westen, somit entgegen der
Erdrotation schneller am Zielort sei, als auf dem Rückweg?

Die Antriebsgeschwindigkeit ist natürlich bei beiden Flügen
diesselbe.
Vernachlässigen würde ich alle Winde und Jetstreams, sowie die
…

ja.Schon wenn Du ein Objekt senkrecht, also radial auf dem
Äquator auf Höhe beschleunigst, wird er sich ohne tangentiale
Beschleunigung nach Westen (relativ !) bewegen.
(weil die „Umlaufbahn“ größer wird aber nicht die Geschwindigkeit
welche aus der Erdrotation mitgegeben wird)
Die tangentiale Beschleunigung ist dann eine eigenständige
Bewegung des Flugzeuges, unabhängig von der Erdoberfläche, wenn man
die Erdatmosphäre nicht berücksichtigt.

Gruß VIKTOR

#9

NEIN. Wir lassen dabei Jetstraem und Wind weg und gehen von Windstille aus.
Das Flugzeug bewegt sich vorwärt, indem es sich von der es umgebenden abstößt. Die rotiert mit gleicher Drehzahl und Richtung wie die Erde.
Praktisch könntest du mit den Flugzeug auch fahren. Seine Fluggeschwindigkeit ist immer relativ zur Erderotation gleich. Somit ist die Zeit auch gleich.
Unterschiede ergeben sich nur, wenn man den Wind oder Jetstream ausnutzt.
Anders sieht es aus, wenn du das Mond aus betrachtest.

#10

Danke erstmal an VIKTOR!

@deconstruct:

Darauf hast du geantwortet: „Es geht nicht um die
Geschwindigkeit gegenüber dem Boden.“ .
Jetzt schreibst du, es geht doch um darum. Ja was denn nun?
Wenn es um die Geschwindigkeit relativ zum Boden geht, was
passt dir denn dann an Michaels Erklärung nicht?

Sorry, falls ich mich ungenau ausgedrückt habe. Für den Satelliten spielt die relative Geschwindigkeit zur Erde keine Rolle um ihn im Orbit zu halten. Hier ist absolute Geschwindigkeit wegen der auftretenden Zentrifugalkräfte entscheidend.
Außerdem gehe ich davon aus, dass GPS Satelliten wahrscheinlich effektiver sind, wenn sie sich relativ langsam zum Boden bewegen, statt übermäßig schnell.

Für das Flugzeug, dass eine Strecke zwischen zwei Punkten zurücklegt, ist die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden (Ground Speed) aber besonders wichtig für die Flugzeit.

Dir ist aber schon klar, dass du in 10km Höhe die Atmosphäre
nicht verlassen hast und du das mit einem Flugzeug auch nicht
kannst?

Die Atmosphäre mag eine hundert Kilometer hoch sein, aber welcher Effekt wäre jetzt hinderlich, die Nähe zur Erde wegen des Drehimpulses oder aber die Luftmassen, wessen Dichte in 10km Höhe jedoch geringer ist (und somit annähernd vernachlässigbar).

#11

ja.Schon wenn Du ein Objekt senkrecht, also radial auf dem
Äquator auf Höhe beschleunigst, wird er sich ohne tangentiale
Beschleunigung nach Westen (relativ !) bewegen.
(weil die „Umlaufbahn“ größer wird aber nicht die
Geschwindigkeit
welche aus der Erdrotation mitgegeben wird)
Die tangentiale Beschleunigung ist dann eine eigenständige
Bewegung des Flugzeuges, unabhängig von der Erdoberfläche,
wenn man
die Erdatmosphäre nicht berücksichtigt.

Gruß VIKTOR

Super! Wodurch genau entsteht die relative Geschwindigkeit nach Westen bei Entfernung von der Erdoberfläche? Liegt es an der abnehmenden Gravitation oder daran, dass es sich andernfalls um Energiezunahme handeln würde da (Nm*s) und die Entfernung ja zunimmt (Hebelarm größer)?

#12

Wie gesagt, ohne wind und Jetstream ist die Flugzeit die gleiche.
Der Drehimpuls wirkt sich aus, wenn du das System verläßt.
Die Luft, durch die das Flugzeug fliegt, gehört aber zum System.
Ich muss mich zu meinem vorigen Eintrag korrigieren. Vom Mond sieht es nicht anders aus.

#13

Hallo Marcee,
sieh es mal so. Genau Mittags um 12 starten am Äquator 2 Düsenjäger mit 1667 kmh, das eine fliegt nach Westen und das andere fliegt nach Osten. Genau nach 12 Stunden treffen sie sich auf der anderen Seite der Erde, winken sich zu und nach weiteren 12 Stunden landen sie genau dort wo man startete. Dass es genau so passierte, darauf würden wir Stein und Bein schwören. Doch vom Weltraum aus gesehen stellt es sich ganz anders dar.

Da starten Mittags um 12 am Äquator 2 Düsenjäger, das eine scheint in der Luft still zu stehen, während sich unter ihm die Erde dreht und das andere rast nach Osten. Dieses hat nach 12 Stunden die Erde 1 mal umrundet, man trifft sich am Ausgangspunkt, winkt sich zu und nach weiteren 12 Stunden landen beide dort wo man startete. Während das eine Flugzeug scheinbar still in der Luft stand, mußte das andere die Erde 2 mal umrunden, um genau dort wieder zu landen, wo man startete. Falls dir das hilft, würde mich das freuen.

Schönen Gruß, Antipodus.

#14

Hallo,

Für das Flugzeug, dass eine Strecke zwischen zwei Punkten
zurücklegt, ist die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden
(Ground Speed) aber besonders wichtig für die Flugzeit.

Eben, und genau für diese Flugzeit hat dir Michael erklärt, dass es besser ist, wenn man mit der Erdrotation fliegt.

Dir ist aber schon klar, dass du in 10km Höhe die Atmosphäre
nicht verlassen hast und du das mit einem Flugzeug auch nicht
kannst?

Die Atmosphäre mag eine hundert Kilometer hoch sein, aber
welcher Effekt wäre jetzt hinderlich, die Nähe zur Erde wegen
des Drehimpulses oder aber die Luftmassen, wessen Dichte in
10km Höhe jedoch geringer ist (und somit annähernd
vernachlässigbar).

Oh mann… die Luftdichte ist aber nicht vernachlässigbar! Die Winde (z.B. Jetstreams) in Flughöhe sind genau der entscheidende Faktor bei der Rechnung. Das hat dir doch Michael bereits gesagt. Wenn du natürlich entscheidende Faktoren vernachlässigen willst, bitte. Nur kommt dann halt am Schluss etwas raus, was nichts mit der Realität zu tun hat.

vg,
d.

#15

Hallo,

NEIN. Wir lassen dabei Jetstraem und Wind weg und gehen von
Windstille aus. Das Flugzeug bewegt sich vorwärt, indem es sich von
der es umgebenden abstößt. Die rotiert mit gleicher Drehzahl und
Richtung wie die Erde.
Praktisch könntest du mit den Flugzeug auch fahren. Seine
Fluggeschwindigkeit ist immer relativ zur Erderotation gleich.
Somit ist die Zeit auch gleich.

Das stimmt schon, hat nur leider überhaupt nichts mit der Realität zu tun. Ich hatte den Eindruck, dass der Fragesteller schon wissen will, was in der Realität besser ist, denn er will den Wind und Jetstream ja nur weglassen, da er denkt, dass sie keine Rolle spielen. Und das ist schlicht falsch. Sie spielen nicht nur keine Rolle, sondern sogar die entscheidende Rolle.

vg,
d.

#16

Stimmt leider nicht ganz. Mir bewusst, dass Luft und Jetstream ein entscheidender Faktor in der Realität sind. Ich wollte rein hypothetisch wissen, wie es auf einem Planeten ohne Atmosphäre und ohne Wechselwirkung mit anderen Planeten oder Monden aussieht.

Dann kann ich Rückschlüsse ziehen und überlegen, ob es vielleicht bei 100 oder 500km Flughöhe in der Erdatmosphäre einen nutzbaren Effekt geben könnte.
Ich wollte nur verstehen, wie sich der Drehimpuls mit zunehmender Entfernung auswirkt.

#17

Hallo,

Ich wollte
rein hypothetisch wissen, wie es auf einem Planeten ohne
Atmosphäre und ohne Wechselwirkung mit anderen Planeten oder
Monden aussieht.

Auf so einem Planeten gibt es aber keine Flugzeuge, denn die brauchen nun mal eine Atmosphäre zum Fliegen. Und ohne Atmosphäre hast du das Problem, dass du auch wieder bremsen musst, denn es gibt ja keine Atmosphäre, die dich wieder bremst. Das bedeutet, dass deine Rakete rund doppelt so viel Treibstoff braucht, als für den Start notwendig ist.

Dann kann ich Rückschlüsse ziehen und überlegen, ob es
vielleicht bei 100 oder 500km Flughöhe in der Erdatmosphäre
einen nutzbaren Effekt geben könnte.

In der Erdatmosphäre gibt es für diesen Fall nur einen nutzbaren Effekt, und das ist die Bremsleistung der Atmosphäre beim Wiedereintritt. Du könntest dann wie das Spaceshuttle landen und brauchst kein Raketentriebwerk und Treibstoff um dich wieder abzubremsen.

Ich wollte nur verstehen, wie sich der Drehimpuls mit
zunehmender Entfernung auswirkt.

Naja, wenn du eine Rakete abschießt und damit wieder irgendwo landen willst, dann hängt die Richtung, in der du sie am besten abschießt, davon ab, wo sich dein Start- und Zielort befinden. Je nachdem könnte es dann sinnvoller sein sie eher mit- oder gegen die Erdrotation abzuschießen. Dies hängt aber in erster Linie mit dem Coriolis-Effekt zusammen.

Wenn du nur eine möglichst große Strecke in kurzer Zeit gegenüber dem Boden zurücklegen willst ohne spezielles Ziel, dann wäre es das beste, wenn du sie am Äquator gegen die Erdrotation abschießt, weil sich dann in der Tat die Erde unter dir mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit weiterdrehen würde.

vg,
d.

#18

Hallo,

ja.Schon wenn Du ein Objekt senkrecht, also radial auf dem
Äquator auf Höhe beschleunigst, wird er sich ohne tangentiale
Beschleunigung nach Westen (relativ !) bewegen.
(weil die „Umlaufbahn“ größer wird aber nicht die
Geschwindigkeit
welche aus der Erdrotation mitgegeben wird)
Die tangentiale Beschleunigung ist dann eine eigenständige
Bewegung des Flugzeuges, unabhängig von der Erdoberfläche,
wenn man
die Erdatmosphäre nicht berücksichtigt.

Super! Wodurch genau entsteht die relative Geschwindigkeit
nach Westen bei Entfernung von der Erdoberfläche? Liegt es an
der abnehmenden Gravitation

nein.

oder daran, dass es sich
andernfalls um Energiezunahme handeln würde da (Nm*s) und die
Entfernung ja zunimmt (Hebelarm größer)?

So etwa. Ich habe es oben beschrieben.
Um die Winkelgeschwindigkeit aus Erdrotation eines Bezugspunktes
auf der Erdoberfläche auch z.Bsp. in 10km Höhe einzuhalten, müßte
die Umlaufgeschwindigkeit auf dieser Höhe um (Re+10)/Re erhöht
werden.Die sich mitdrehende Atmosphäre(wenn sie es tut)kann dies nur
bedingt leisten.
Wie groß der resultierende Effekt tatsächlich ist, habe ich jetzt
nicht ausgerechnet - er wird nicht sehr groß sein.
Es ging mir nur um die prinzipielle Aussage.
Richtig ist natürlich die Aussage von Michael, daß man für
Satellitenstarts die Geschwindigkeit aus Erdrotation mitnimmt.
Doch dies ist aber eine andere Betrachtung.
Gruß VIKTOR

#19

Dieser Effekt bringt nur etwas, wenn du eienen Ort außerhalb der Erde erreichen willst.
Du willst die Rotationsgeschwindigkeit der Erde, mit der du dich auch bewegst, als Anfangsgeschwidigkeit nutzen. Für ein Ziel auf der Erde bleibt deine reletive Endgeschwindigkeit zur Erdoberfläche aber konstant, da sich sowhl der Start als auch das Ziel mit dieser Geschwindigkeit weiter bewegen. Da die Strecke gleich ist,ist auch die Zeit gleich.
Wenn du zu Mond willst, dann kannst, solltest du den Effekt ausnutzen.

#20

**:Wenn du nur eine möglichst große Strecke in kurzer Zeit

gegenüber dem Boden zurücklegen willst ohne spezielles Ziel,
dann wäre es das beste, wenn du sie am Äquator gegen die
Erdrotation abschießt, weil sich dann in der Tat die Erde
unter dir mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit
weiterdrehen würde.**

Das ist nicht korrekt. Noch im Stand hast du die gleiche Geschwidigkeit, wie die Erdoberfläche in die gleiche Richtung.
Startest du in Richtung Erdrotation, nimmt deine Geschwindigkeit für jemanden an einem festen Punkt außerhalb der Erde zu und entgegen der Rotation ab. Die Geschwindigkeit über Grund bleit aber gleich.
Es macht alleding einen Unterschied ob du vom Äquator nach Norden oder Süden fliegst, oder von dort zu Äquator, da die Rotationsgeschwindigkeit zu den polen hin abnimmt. In oder entgegen der Rotationrichtung macht von jedem Punkt der Erde keinen Unterschied.