Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

Wolfgang24-1 schrieb:

Es bringt uns auch nicht weiter, wenn du mit neuen undefinierten Begriffen hier aufwartest. Das ist nur das Chaos von dem ich gesprochen habe.

„Zustandsgröße“ und „Prozessgröße“ sind keine neuen oder undefinierten Begriffe, sondern das absolute Standard-Vokabular in jedem Physik-Lehrbuch. Ohne diese Unterscheidung lässt sich Thermodynamik überhaupt nicht exakt beschreiben.

Wolfgang24-1 schrieb:

Denke mal daran, wenn du ein mechanisches Uhrwerk aufziehst, dann speicherst du mechanische Energie im Uhrwerk. Wenn du den Akku deines Handys auflädst, dann speicherst du elektrische Energie im Akku. Physikalisch ist das das selbe.

Genau an diesen Beispielen lässt sich der Unterschied zwischen Zustand und Prozess sehr gut erklären:

Das Aufziehen oder Laden ist der dynamische Vorgang, bei dem Arbeit (W) verrichtet wird.
Die danach im Uhrwerk oder Akku gespeicherte Energie beschreibt den statischen Zustand (E). Im ruhenden Zustand liegt die Energie zu 100 % als gespeichertes Potenzial vor:
Beim Uhrwerk ist es rein mechanisch (E = E_pot mit E_kin = 0), beim Akku ist es das elektrochemische Potenzial der Ladungsträger. Bewegung findet in diesem Zustand keine mehr statt.
Physikalisch ist das eben gerade nicht dasselbe wie die verrichtete Arbeit, weil bei jedem realen Ladevorgang oder Aufziehen Reibung und Wärme entstehen.

Ein Handy-Akku wird beim Laden warm. Das bedeutet:
Es kommt niemals die exakt gleiche Menge an gespeicherter Energie im System an, die vorher als Arbeit reingesteckt wurde. Wenn Arbeit und Energie physikalisch absolut identisch wären, dürfte es diese Verluste (wie Abwärme) gar nicht geben. Man könnte jede Energieform zu 100% verlustfrei und unendlich oft im Kreis von Arbeit in Energie und zurück verwandeln – das wäre das Prinzip eines Perpetuum Mobile.

Dass dies in der Realität nicht funktioniert, liegt am Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und genau an dem Carnot-Wirkungsgrad, den du vorhin erwähnt hast. Da dieser Wirkungsgrad (eta_C) im Universum immer kleiner als 1 ist, kann Arbeit definitionsgemäß immer nur ein Anteil der beteiligten Energie sein, niemals die Energie selbst. Deshalb trennt die Physik hier so penibel zwischen der Zustandseigenschaft (Energie) und der Prozessgröße (Arbeit).

Rudi Knoth schrieb:

Also Magnetfelder existieren schon Nur kann man die Lorentzkraft als elektrisches Feld durch die Lorentz-Transformation in ein zum Magnetfeld bewegtem Koordinatensystem ansehen.

Magnetfelder sind das, was ein zur Quelle bewegter Beobachter aus dem Coulombfeld "macht", wenn er das aus seiner Sicht klassische Coulombfeld abzieht.
ΦE = Q/ε Feldfluss
Φe = ΦE/(4π·r) Coulomb-Skalarfeld
E = Φe/r Feldstärke
r = s/γ Lorentzkontraktion
B = (Q·kC/s²-Q·kC/r²)v/c² = Q·kC(γ²/r²-1/r²)v/c²ε = β²γ²Q·v·kC/r²c² - EDIT: diverse Korrekturen

Dass es sich allein um eine klassische Interpretation handelt ist ja sowieso klar, denn aus Sicht der Quelle gibt es kein Magnetfeld.
Exakt dasselbe gilt für die Gravitation, nur dass man nicht vom Gravitomagnetismus spricht, sondern sofort relativistisch richtig rechnet (wenn man überhaupt daran denkt)

"Dass dies in der Realität nicht funktioniert, liegt am Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und genau an dem Carnot-Wirkungsgrad, den du vorhin erwähnt hast. Da dieser Wirkungsgrad (eta_C) im Universum immer kleiner als 1 ist, kann Arbeit definitionsgemäß immer nur ein Anteil der beteiligten Energie sein, niemals die Energie selbst.Deshalb trennt die Physik hier so penibel zwischen der Zustandseigenschaft (Energie) und der Prozessgröße (Arbeit)."

Hier zeigt sich leider exakt deine Begriffsverwirrung. Du identifizierst hier den Unterschied zwischen Arbeit und Energie als den Unterschied zwischen Freier Energie und Gesamtenergie in der Thermodynamik.

Rainer Reisch:
Aber relativistisch betrachtet gibt es sowieso kein Magnetfeld, sondern nur die Coulombkraft F = Q·q·kC/r² = Φe₁·Φe₂/kC
Magnetismus ist in diesem Sinne eine Scheinkraft, allerdings basierend auf der konservativen Coulomb Kraft.

Woher kommt nur der Unsinn, ein Magnetfeld sei ein relativistisches Derivat eines elektrischen Feldes? B=vxE/c² ist keine relativistische Formel, weil in allen relativistischen Formeln der Gamma Faktor 1/√(1-v²/c²) vorkommt. Die Elektrodynamik ist viel älter als die Relativitätstheorie und sie wurde perfekt vollständig ohne Relativitätstheorie, hauptsächlich von Maxwell, hergeleitet.

Rainer Raisch schrieb:

Rudi Knoth schrieb:

Also Magnetfelder existieren schon Nur kann man die Lorentzkraft als elektrisches Feld durch die Lorentz-Transformation in ein zum Magnetfeld bewegtem Koordinatensystem ansehen.

Magnetfelder sind das, was ein zur Quelle bewegter Beobachter aus dem Coulombfeld "macht", wenn er das aus seiner Sicht klassische Coulombfeld abzieht.
ΦE = Q/ε Feldfluss
Φe = ΦE/r Coulomb-Skalarfeld
E = Φe/r Feldstärke
r = s/γ Lorentzkontraktion
B = (Q/s²ε-Q/r²ε)v/c² = Q(1/γ²r²-1/r²)v/c²ε = β²Q·v/γ²r²c²ε

Dass es sich allein um eine klassische Interpretation handelt ist ja sowieso klar, denn aus Sicht der Quelle gibt es kein Magnetfeld.
Exakt dasselbe gilt für die Gravitation, nur dass man nicht vom Gravitomagnetismus spricht, sondern sofort relativistisch richtig rechnet (wenn man überhaupt daran denkt)
 

Also da muß sich die Physik seit 50 Jahren aber gewaltig geändert haben. Denn Magnetfelder und ihre Wirkungen wurden damals noch in Physikvorlesungen beschrieben. 

Gruß
Rudi Knoth

PS: @ FabsOtX  

Sorry in diesem kurzen Absatz sind so viele Fehler das kann man doch nicht so stehen lassen, das grenzt ja schon an Zersetzung was hier getrieben wird.

Also dieser Ausdruck "Zersetzung" wird im Allgemeinen eher im Zusammenhang mit dem "Dritten Reich" oder der STASI verwendet. Solch ein Vorwurf  gehört nacjh meiner Meinung nicht in eine zivilisierte Diskussion. Denn mit wird damit böswilliger Vorsatz unterstellt.

Lest es selber nach bei wiki:

Elektrodynamik und Relativitätstheorie
Im Gegensatz zur klassischen Mechanik ist die Elektrodynamik nicht Galilei-invariant . Das bedeutet, wenn man, wie in der klassischen Mechanik , einen absoluten, euklidischen Raum und eine davon unabhängige absolute Zeit annimmt, dann gelten die Maxwellgleichungen nicht in jedem Inertialsystem .Einfaches Beispiel: Ein mit konstanter Geschwindigkeit fliegendes, geladenes Teilchen ist von einem elektrischen und einem magnetischen Feld umgeben. Ein zweites, mit gleicher Geschwindigkeit fliegendes und gleich geladenes Teilchen erfährt durch das elektrische Feld des ersten Teilchens eine abstoßende Kraft , da sich gleichnamige Ladungen gegenseitig abstoßen; gleichzeitig erfährt es durch dessen Magnetfeld eine anziehende Lorentzkraft , die die Abstoßung teilweise kompensiert. Bei Lichtgeschwindigkeit wäre diese Kompensation vollständig. In dem Inertialsystem, in dem beide Teilchen ruhen, gibt es kein magnetisches Feld und damit keine Lorentzkraft. Dort wirkt nur die abstoßende Coulombkraft , so dass das Teilchen stärker beschleunigt wird als im ursprünglichen Bezugssystem , in dem sich beide Ladungen bewegen. Dies widerspricht der newtonschen Physik, bei der die Beschleunigung nicht vom Bezugssystem abhängt.Diese Erkenntnis führte zunächst zu der Annahme, dass es in der Elektrodynamik ein bevorzugtes Bezugssystem gäbe (Äthersystem). Versuche, die Geschwindigkeit der Erde gegen den Äther zu messen, schlugen jedoch fehl, so zum Beispiel das Michelson-Morley-Experiment . Hendrik Antoon Lorentz löste dieses Problem mit einer modifizierten Äthertheorie ( Lorentzsche Äthertheorie ), die jedoch von Albert Einstein mit seiner speziellen Relativitätstheorie abgelöst wurde. Einstein ersetzte Newtons absoluten Raum und absolute Zeit durch eine vierdimensionale Raumzeit . In der Relativitätstheorie tritt an die Stelle der Galilei-Invarianz die Lorentz-Invarianz , die von der Elektrodynamik erfüllt wird.In der Tat lässt sich die Verringerung der Beschleunigung und damit die magnetische Kraft im obigen Beispiel als Folge der Längenkontraktion und Zeitdilatation erklären, wenn man die im bewegten System gemachten Beobachtungen in ein ruhendes System zurücktransformiert. In gewisser Weise lässt sich daher die Existenz von magnetischen Phänomenen letztlich auf die Struktur von Raum und Zeit zurückführen, wie sie in der Relativitätstheorie beschrieben wird. Unter diesem Gesichtspunkt erscheint auch die Struktur der Grundgleichungen für statische Magnetfelder mit ihren Kreuzprodukten weniger verwunderlich.In der manifest Lorentz-forminvarianten Beschreibung der Elektrodynamik bilden das skalare Potential und das Vektorpotential einen Vierervektor , analog zum Vierervektor von Raum und Zeit, so dass die Lorentz-Transformationen analog auch auf die elektromagnetischen Potentiale angewendet werden können. Bei einer speziellen Lorentz-Transformation mit der Geschwindigkeit v in z -Richtung gelten für die Felder im gebräuchlichen SI-Einheitensystem die Transformationsgleichungen:

Also in meiner alten Uni gibt es auch nach  diesem Skript  Magnetfelder. Also so falsch ist dies nicht. Allerdings gibt es bei großen Geschwindigkeiten Abweichungen von der "einfachen Lorentz-Kraft".


Gruß
Rudi Knoth

"Ein zweites, mit gleicher Geschwindigkeit fliegendes und gleich geladenes Teilchen erfährt durch das elektrische Feld des ersten Teilchens eine abstoßende  Kraft  , da sich gleichnamige Ladungen gegenseitig abstoßen; gleichzeitig erfährt es durch dessen Magnetfeld eine anziehende  Lorentzkraft  , die die Abstoßung teilweise kompensiert."

Nein, egal mit welcher Geschwindigkeit zwei geladene Teilchen nebeneinander her fliegen, sie sehen kein Magnetfeld. Das Magnetfeld existiert nur im Ruhesystem. Um zu einer Lorentzkraft zu führen, muss ein Strom vorhanden sein. Im System von zwei sich parallel bewegenden Ladungen gibt es keinen Strom.

Wolfgang24-1 schrieb:

Nein, egal mit welcher Geschwindigkeit zwei geladene Teilchen nebeneinander her fliegen, sie sehen kein Magnetfeld. Das Magnetfeld existiert nur im Ruhesystem. Um zu einer Lorentzkraft zu führen, muss ein Strom vorhanden sein. Im System von zwei sich parallel bewegenden Ladungen gibt es keinen Strom.

Das widerspricht aber der klassischen Physik und Galileis Relativitätsprinzip. Im zitierten Artikel steht weiter:

In dem Inertialsystem, in dem beide Teilchen ruhen, gibt es kein magnetisches Feld und damit keine Lorentzkraft. Dort wirkt nur die abstoßende  Coulombkraft  , so dass das Teilchen stärker beschleunigt wird als im ursprünglichen  Bezugssystem  , in dem sich beide Ladungen bewegen. Dies widerspricht der newtonschen Physik, bei der die Beschleunigung nicht vom Bezugssystem abhängt.

Die Maxwell-Gleichungen sind nun mal nicht Galilei-invariant. Willst du also sagen, dass sie nicht in allen Inertialsystemen gelten?

Eclipse4: Das widerspricht aber der klassischen Physik und Galileis Relativitätsprinzip.

Nein, zwei sich parallel bewegende Ladungen sind relativ zueinander in Ruhe. Daher gibt es für beide kein Magnetfeld.

Hier gibt es wohl Missverständnisse zu dem Text von WIKIPEDIA. In diesem Text wurde das Gedankenexperiment der bewegten Ladungen als Beispiel für die nicht erfüllte Invarianz der Maxwellgleichungen in der Galilei-Transformation beschrieben. In der Lorentz-Transformation ist dies aber gegeben. 

Gruß
Rudi Knoth

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4: Das widerspricht aber der klassischen Physik und Galileis Relativitätsprinzip.

Nein, zwei sich parallel bewegende Ladungen sind relativ zueinander in Ruhe. Daher gibt es für beide kein Magnetfeld.

Das führt ja gerade zum Widerspruch! Es darf nicht sein, dass sie im eigenen Ruhesystem mangels Magnetfeld stärker beschleunigt werden als im anderen, was aber die Konsequenz wäre. Nochmal wikipedia dazu:

In dem Inertialsystem, in dem beide Teilchen ruhen, gibt es kein magnetisches Feld und damit keine Lorentzkraft. Dort wirkt nur die abstoßende   Coulombkraft   , so dass das Teilchen stärker beschleunigt wird als im ursprünglichen   Bezugssystem   , in dem sich beide Ladungen bewegen. Dies widerspricht der newtonschen Physik, bei der die Beschleunigung nicht vom Bezugssystem abhängt.

Es geht nur auf mit der Lorentztransformation der Speziellen Relativitätstheorie, wie Rudi Knoth richtig angemerkt hat.

Der Widerspruch zum Relativitätsprinzip zieht sich wie ein roter Faden durch deine Argumentation, auch hier:

Die Zeitdilatation erklärt sich dadurch, dass Photonen (Lichtteilchen) ihre Frequenz ändern, wenn sie im Gravitationsfeld auf- oder absteigen.

Wenn das stimmte, dann könnte man keine Atomuhren zur exakten Zeitmessung verwenden. Die Geschwindigkeit v=s/t einer horizontal bewegten Pistolenkugel würde man im Ruhesystem der Pistole oben oben anders messen als im Ruhesystem der Pistole unten, wenn die zurückgelegte Weg s gleich ist und die Zeit t der Atomuhr nicht. Und das, obwohl es die baugleiche Patrone mit genau der gleichen Treibladung ist. Unterschiedliche Ergebnisse des gleichen Experiments in zwei Inertialsystemen. Das  widerspricht nun mal dem Relativitätsprinzip.

Eclipse4: Das führt ja gerade zum Widerspruch! Es darf nicht sein, dass sie im eigenen Ruhesystem mangels Magnetfeld stärker beschleunigt werden als im anderen, was aber die Konsequenz wäre.

Das führt doch nicht zu einem Widerspruch. Im "eigenen Ruhesystem stärker als im anderen", das ist der Widerspruch. Die beiden Teilchen werden immer nur im eigenen Ruhesystem beschleunigt. Nichts kann in einem externen/anderen Ruhesystem beschleunigt werden. Mit dieser "Beschleunigung im anderen Ruhesystem" scheint mir eine sehr seltsame Auffassung von Relativität zu kursieren.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4: Das führt ja gerade zum Widerspruch! Es darf nicht sein, dass sie im eigenen Ruhesystem mangels Magnetfeld stärker beschleunigt werden als im anderen, was aber die Konsequenz wäre.

Das führt doch nicht zu einem Widerspruch. Im "eigenen Ruhesystem stärker als im anderen", das ist der Widerspruch. Die beiden Teilchen werden immer nur im eigenen Ruhesystem beschleunigt. Nichts kann in einem externen/anderen Ruhesystem beschleunigt werden. Mit dieser "Beschleunigung im anderen Ruhesystem" scheint mir eine sehr seltsame Auffassung von Relativität zu kursieren.

"Im eigenen Ruhesystem stärker als im anderen" bezieht sich auf die Messung. Realität ist: Die beiden Teilchen werden beschleunigt, Punkt. Ihr Abstand ändert sich zunehmend schneller. Diese Tatsache wird natürlich in jedem Bezugsystem festgestellt (gemessen), nicht nur im eigenen Ruhesystem. Alles andere wäre eine sehr seltsame Auffassung, in dem Fall von Realität.

Eclipse4: Im eigenen Ruhesystem stärker als im anderen" bezieht sich auf die Messung. Realität ist: Die beiden Teilchen werden beschleunigt, Punkt. Ihr Abstand ändert sich zunehmend schneller. Diese Tatsache wird natürlich in jedem Bezugsystem festgestellt (gemessen), nicht nur im eigenen Ruhesystem. Alles andere wäre eine sehr seltsame Auffassung, in dem Fall von Realität.

Die Beschleunigungskraft, die die beiden Teilchen spüren, spüren sie doch immer im eigenen Ruhesystem. Nur im eigenen Ruhesystem ist dies die Kraft mit der sie tatsächlich beschleunigt werden. Ein beschleunigter Beobachter kann keine Kraft auf ein Objekt ausüben.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4: Im eigenen Ruhesystem stärker als im anderen" bezieht sich auf die Messung. Realität ist: Die beiden Teilchen werden beschleunigt, Punkt. Ihr Abstand ändert sich zunehmend schneller. Diese Tatsache wird natürlich in jedem Bezugsystem festgestellt (gemessen), nicht nur im eigenen Ruhesystem. Alles andere wäre eine sehr seltsame Auffassung, in dem Fall von Realität.

Die Beschleunigungskraft, die die beiden Teilchen spüren, spüren sie doch immer im eigenen Ruhesystem. Nur im eigenen Ruhesystem ist dies die Kraft mit der sie tatsächlich beschleunigt werden. Ein beschleunigter Beobachter kann keine Kraft auf ein Objekt ausüben.

Es geht dabei um den objektiven, absoluten Betrag der beobachteten, absoluten Beschleunigung gemäß Naturgesetz, nicht darum, wer oder was sie spürt. Als Beobachter vom Kettenkarussell kann ich doch die Zentrifugalkraft berechnen, obwohl es nur eine Scheinkraft ist und ich nichts davon spüre. Objektive Tatsache ist nun mal, dass die Sitze nach außen beschleunigt werden, was ausnahmslos jeder Beobachter gleichermaßen feststellt.

Die Tatsache der Beschleunigung ist ganz unabhängig vom Bezugsystem, in dem man sie zahlenmäßig ausdrückt. Der Betrag in m/s² darf sich in verschieden Inertialsystemen nicht unterschiedlich ergeben, wenn das Relativitätsprinzip gilt.

Im Beispiel mit den parallel beschleunigten gleichförmig bewegten Ladungen wäre der Betrag aber unterschiedlich. In ihrem Ruhesystem fehlt doch mangels Magnetfeld die Lorentzkraft, die im anderen Bezugsystem durch das Magnetfeld existiert und gegen die Beschleunigung wirkt, die in beiden Bezugsystemen gleichermaßen durch die Coulombkraft entsteht. Verstehst du das denn nicht?

"Im Beispiel mit den parallel beschleunigten gleichförmig bewegten Ladungen wäre der Betrag aber unterschiedlich. In ihrem Ruhesystem fehlt doch mangels Magnetfeld die Lorentzkraft, die im anderen Bezugsystem durch das Magnetfeld existiert und gegen die Beschleunigung wirkt, die in beiden Bezugsystemen gleichermaßen durch die Coulombkraft entsteht. Verstehst du das denn nicht?"

Verstehst du denn nicht, dass die Beschleunigung, die ein Objekt tatsächlich spürt, immer genau zu der Kraft passen muss, die im Inertialsystem des Objekts auftritt? 

Wolfgang24-1 schrieb:

"Im Beispiel mit den parallel beschleunigten gleichförmig bewegten Ladungen wäre der Betrag aber unterschiedlich. In ihrem Ruhesystem fehlt doch mangels Magnetfeld die Lorentzkraft, die im anderen Bezugsystem durch das Magnetfeld existiert und gegen die Beschleunigung wirkt, die in beiden Bezugsystemen gleichermaßen durch die Coulombkraft entsteht. Verstehst du das denn nicht?"

Verstehst du denn nicht, dass die Beschleunigung, die ein Objekt tatsächlich spürt, immer genau zu der Kraft passen muss, die im Inertialsystem des Objekts auftritt? 

Doch verstehe ich, ist ja klar. Und genau das führt im Gedankenexperiment mit den parallel bewegten gleichnamigen Ladungen zum Widerspruch mit dem Relativitätsprinzip.

Die Ladungen spüren in ihrem Ruhesystem keine Lorentzkraft, also stellen sie die reale Beschleunigung a, die genau zur verspürten Coulombkraft passt, größer fest als dieselbe reale Beschleunigung b, die sich im relativ zu ihnen bewegten Bezugsystem ergibt, weil hier zusätzlich eine real verspürte Lorentzkraft mit passender Beschleunigung wirkt.

Für a=b dürfte auch im anderen Ruhesystem keine Lorentzkraft wirken, tut sie aber, ein Naturgesetz.

Wegen a>b ist also in der klassischen Physik das Relativitätsprinzip verletzt, Denn das RP fordert bekanntlich, dass die Naturgesetze in allen Inertialsystemen unabhängig vom Bewegungszustand gleich sind, so dass auch das Ergebnis eines Experiments stets gleich ist. Da man hier aber klassisch für ein- und dasselbe Experiment verschiedene Ergebnisse bekommt, widerspricht es dem RP.

Anscheinend verstehst du es wirklich nicht. Besser kann ich es leider nicht erklären.

Eclipse4: Für a=b dürfte auch im anderen Ruhesystem keine Lorentzkraft wirken, tut sie aber, ein Naturgesetz.

Du berufst dich hier auf das falsche Naturgesetz. Um ausgehend vom Ruhesystem irgend ein Naturgesetz in einem bewegten System zu betrachten, musst du alle im Naturgesetz vorkommenden Größen in das bewegte System transformieren. Das geschieht mit der Lorentz-Transformation. Das elektrische Feld, die Masse und die Kraft wird in deinem Beispiel Lorentz transformiert. Was bei der Transformation herauskommt, unterscheidet sich vom Wert im Ruhesystem, aber führt zwangsweise zu keinem Widerspruch. Das betrachtete Naturgesetz gilt auch noch nach der Lorentz-Transformation im bewegten System. Im bewegten System ist die Masse etwas größer, die Beschleunigung ist geringer wegen der Zeitdilatation, und die Kraft ist ebenfalls geringer wegen der Lorentz-Kraft.

Wolfgang24-1 schrieb:

Eclipse4: Für a=b dürfte auch im anderen Ruhesystem keine Lorentzkraft wirken, tut sie aber, ein Naturgesetz.

Du berufst dich hier auf das falsche Naturgesetz. Um ausgehend vom Ruhesystem irgend ein Naturgesetz in einem bewegten System zu betrachten, musst du alle im Naturgesetz vorkommenden Größen in das bewegte System transformieren. Das geschieht mit der Lorentz-Transformation. 

Dass es mit der Lorentztransformation der SRT aufgeht weiß ich, habe ich doch geschrieben und Rudi Knoth auch. Der Punkt ist, dass es rein klassisch mit der Galilei-Transformation nicht aufgeht. Nur deshalb hat  Einstein ja die SRT mit Lorentztransformation entwickelt, damit das RP auch für die Elektrondynamik mit den Maxwell-Gleichungen gilt. So wird es im oben zitierten wikipedia-Artikel erklärt.

Dass du SRT und ART immer außen vor lässt nur mit klassischen Kräften und klassisch überlagerten Feldern rechnest kann nicht funktionieren.