Relativitätstheorie - Zeitdilatation im Gravitatio

Hallo miteinander,
ich will berechnen, wie stark sich der Effekt der durch die Gravitation bewirkten Zeitdilatation auf Satellitennavigationssysteme auswirken. Da sich die Satelliten auf einer höheren Bahn befinden, sind sie einer geringeren Gravitation ausgesetzt als wir hier auf der Erdoberfläche.

Wie und mit welcher Formel kann ich nun berechnen um wieviel die Uhr im Satellit langsamer läuft als die Uhr auf der Erdoberfläche?
Ich werde wohl eine t-Formel in Abhängigkeit von G (der Gravitationsfeldstärke) brauchen.

Vielen Dank im Voraus,
herbert

Kuckst Du hier: http://homepage.univie.ac.at/~embachf3/rel.html

:wink: Michael

Hallo,

Ich werde wohl eine t-Formel in Abhängigkeit von G (der
Gravitationsfeldstärke) brauchen.

genau genommen ist der Uhrengang abhängig vom Beschleunigungszustand
der Uhr.Die Berücksichtigung von G allein wäre nicht ausreichend.
Michael hat Dir ja dazu eine LINK angegeben.
Gruß VIKTOR

Hi, danke erstmal für die Antworten.
die algemeine rt sagt doch aus, dass kein unterschied zwischen gravitation und beschleunigung besteht. daher müsste doch G ausreichen!?

Hallo!

die algemeine rt sagt doch aus, dass kein unterschied zwischen
gravitation und beschleunigung besteht. daher müsste doch G
ausreichen!?

Die Phänomene Beschleunigung und Gravitation unterscheiden sich nicht, das ist richtig. Für die Größe des Effekts ist aber nicht die Gravitationsfeldstärke entscheidend, sondern das Gravitationspotenzial. Eigentlich ist das logisch: In einem homogenen Gravitationsfeld geht die höher stehende Uhr vermeintlich schneller, obwohl der Ortsfaktor beider Uhren gleich ist.

Michael

Hallo Michael,

Die Phänomene Beschleunigung und Gravitation
unterscheiden sich nicht, das ist richtig. Für die Größe des
Effekts ist aber nicht die Gravitationsfeldstärke
entscheidend, sondern das Gravitationspotenzial.

was versteht man darunter genau ?
Dieses „Potential“ wirkt nur, wenn es „realisiert“ wird, wenn
also die Gravitationsbeschleunigung abgebremst wird und damit eine äußere Kraft auf die „Uhr“ wirkt.
In einer Satelliten-Umlaufbahn ist diese Gangabbremsung der Uhr =0.
Das heißt, man kann die Uhr durch keine Ortsveränderung mehr schneller
machen.Die Frequenz des Uhrengangs hat also einen oberen Grenzwert.

In einem homogenen Gravitationsfeld geht die
höher stehende Uhr vermeintlich schneller, obwohl der
Ortsfaktor beider Uhren gleich ist.

Was versteht man hier unter Ortsfaktor welcher gleich sein soll?
ZBsp. Höhe 10km über der Erdoberfläche am Pol.
Die Lage der Uhr ist höher und sie muß dort stehen, abgestützt sein.
Die Beschleunigung der „hohen“ Uhr ist geringer.Sie geht schneller.
Bei gleicher Situation am Äquator geht sowohl die Uhr am Boden als
auch die oben anders im Vergleich zum Pol.Auch die Differenz ist anders.
Genau genommen geht die Uhr bei gleichem Gewicht (im Vergleich)
auch gleich !!
(Denk nach ehe Du widersprichst)
Gruß VIKTOR

Hallo

In einer Satelliten-Umlaufbahn ist diese Gangabbremsung der
Uhr =0.

Er hat doch ein homogenenes Feld erwähnt?

In einem homogenen Gravitationsfeld geht die
höher stehende Uhr vermeintlich schneller, obwohl der
Ortsfaktor beider Uhren gleich ist

Was versteht man hier unter Ortsfaktor welcher gleich sein
soll?

9,81m/s² ,in einem homogenen Feld ist die Gravitationsfeldstärke überall gleich.

Gruß
Florian

Hallo!

Die Phänomene Beschleunigung und Gravitation
unterscheiden sich nicht, das ist richtig. Für die Größe des
Effekts ist aber nicht die Gravitationsfeldstärke
entscheidend, sondern das Gravitationspotenzial.

was versteht man darunter genau ?

Na, das Gravitationspotenzial eben.

Φ = -GM/r + const. (1)

(G: Gravitationskonstante, M: Masse des Zentralkörpers, r: Abstand. Dies ist der Spezialfall des Kugelpotenzials)

Dieses „Potential“ wirkt nur, wenn es „realisiert“ wird,

Ein Potenzial „wirkt“ nicht.

In einer Satelliten-Umlaufbahn ist diese Gangabbremsung der
Uhr =0.

Wenn wir zwei unterschiedlich hohe Satelliten-Umlaufbahnen haben, dann wäre Deiner Meinung nach der Gangunterschied der Uhren = 0. Habe ich Dich richtig verstanden? Falls ja: Das ist falsch.

Das heißt, man kann die Uhr durch keine Ortsveränderung mehr
schneller
machen.Die Frequenz des Uhrengangs hat also einen oberen
Grenzwert.

Das stimmt zwar nicht für die Satelliten-Umlaufbahn, wohl aber für „sehr weit entfernte Orte“. Wenn in der Formel (1) r gegen unendlich geht, geht Φ gegen const.

In einem homogenen Gravitationsfeld geht die
höher stehende Uhr vermeintlich schneller, obwohl der
Ortsfaktor beider Uhren gleich ist.

Was versteht man hier unter Ortsfaktor welcher gleich sein
soll?

Der Orstfaktor ist die Gravitationsfeldstärke, oder auch

g = - grad Φ (2)

Fürs homogene Feld Φ(h) = gh ist Gleichung (2) trivial.

ZBsp. Höhe 10km über der Erdoberfläche am Pol.
Die Lage der Uhr ist höher und sie muß dort stehen, abgestützt
sein.
Die Beschleunigung der „hohen“ Uhr ist geringer.Sie geht
schneller.

Die Beschleunigung ist geringer als was?

Bei gleicher Situation am Äquator geht sowohl die Uhr am Boden
als
auch die oben anders im Vergleich zum Pol.Auch die Differenz
ist anders.

Stimmt.

Genau genommen geht die Uhr bei gleichem Gewicht (im
Vergleich)
auch gleich !!

Ich nehme an, dass Du mit „gleichem Gewicht“ den gleichen Ortsfaktor, also die gleiche Gravitationsfeldstärke meinst. Das ist falsch.

(Denk nach ehe Du widersprichst)

Ich hab’s versucht.

Michael

Hallo,

ich poste mal hier, um nicht in die Schusslinie zu geraten …

Wenn relativistische Effekte interessieren, musst man wohl auch die Bezugssysteme entsprechend betrachten

http://www.fs.wettzell.de/publ/publ/wtz149.pdf

Nein, keine Zeile verstanden, hab’s gleich im Ordner „Schreckenskammer“ eingeschlossen.

Roland

Hallo Michael,

Ich nehme an, dass Du mit „gleichem Gewicht“ den gleichen
Ortsfaktor, also die gleiche Gravitationsfeldstärke meinst.
Das ist falsch.

auf die anderen Erwiderungen möchte ich nicht eingehen da die
vorstehende Fragebehandlung alles mit einschließt, was ich aussagen wollte.
Mit Gewicht meine ich die Kraft, welche eine Federwaage anzeigen
würde.Ich denke Du hattest mich genau verstanden.
Dabei ist es egal woher die Beschleunigungskräfte kommen.
Auch nach Einstein (Fahrstuhl-Gedanken-Experiment)kann nicht
unterschieden werden zwischen Kraft aus Gravitationsbeschleunigung
oder sonstiger Beschleunigungskraft oder aus Kobination von beiden.
Auch der Uhr ist dies egal.Wenn sie schwerelos ist dann ist sie es,
potentielle Gravitationsfeldstärke hin oder her.
Wo kann ich Deine Behauptung nachlesen, daß eine schwerelose Uhr
in einer höheren Umlaufbahn (im Vergleich) oder im „All“ eine andere
Gangfrequenz hat ?
Hat Deiner Meinung nach eine fallende Uhr (wir wollen hier mal
bei Uhr immer sogen.Atomuhren annehmen) in einer Höhe von 10000m
die gleiche Gangfrequenz wie eine, welche auf dieser Höhe in
Fallrichtung fixiert wird ?
Gruß VIKTOR

Hallo,

9,81m/s² ,in einem homogenen Feld ist die
Gravitationsfeldstärke überall gleich.

mit dieser Definition gäbe es kein homogenes Gravitationsfeld.
Mit der Entfernung von der Erdoberfläche nimmt g (9,81m^2 !) ab.
Also, was meinst Du damit ?
Gruß VIKTOR

Guten Morgen Viktor!

Mit Gewicht meine ich die Kraft, welche eine Federwaage
anzeigen
würde.Ich denke Du hattest mich genau verstanden.
Dabei ist es egal woher die Beschleunigungskräfte kommen.
Auch nach Einstein (Fahrstuhl-Gedanken-Experiment)kann nicht
unterschieden werden zwischen Kraft aus
Gravitationsbeschleunigung
oder sonstiger Beschleunigungskraft oder aus Kobination von
beiden.

Richtig.

Auch der Uhr ist dies egal.

Stimmt. Die Gravitationsfeldstärke - oder wie Du es nennst: Das „Gewicht“ - hat nämlich nichts mit der Uhr zu tun (jedenfalls nicht direkt).

Wenn sie schwerelos ist dann ist
sie es,
potentielle Gravitationsfeldstärke hin oder her.

Was soll denn die „potentielle Gravitationsfeldstärke“ sein?

Wo kann ich Deine Behauptung nachlesen, daß eine schwerelose
Uhr
in einer höheren Umlaufbahn (im Vergleich) oder im „All“ eine
andere
Gangfrequenz hat ?

Zum Beispiel hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Zeitdilatation#Zeitdila…

Hat Deiner Meinung nach eine fallende Uhr (wir wollen hier mal
bei Uhr immer sogen.Atomuhren annehmen) in einer Höhe von
10000m
die gleiche Gangfrequenz wie eine, welche auf dieser Höhe in
Fallrichtung fixiert wird ?

Aufgrund der Gravitationswirkung ja. Es kommen jedoch noch die Effekte der speziellen Relativitätstheorie hinzu, die Du bekanntermaßen ja leugnest. Auch das wird in dem o. a. Link erschöpfend erklärt.

Michael

Hallo,

9,81m/s² ,in einem homogenen Feld ist die
Gravitationsfeldstärke überall gleich.

mit dieser Definition gäbe es kein homogenes Gravitationsfeld.

Ähm - homogen heißt gleichförmig. Überall gleich. Über das gesamte System. Lies auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Homogen. Das oberste Bild ist grad für den besprochenen Fall interessant.

Mit der Entfernung von der Erdoberfläche nimmt g (9,81m^2 !)
ab.

Und deshalb ist es nicht homogen.

Also, was meinst Du damit ?

was meinst Du - Du hast damit doch angefangen?

Gruß
loderunner

Hallo,

ich poste mal hier, um nicht in die Schusslinie zu geraten …

Och, die meisten können das sehr gut trennen.

Wenn relativistische Effekte interessieren, musst man wohl
auch die Bezugssysteme entsprechend betrachten

Selbstverständlich. Deshalb heißen sie ja relativistisch.
Ein nettes Beispiel sind die Uhren der GPS-Satelliten, die für einen mitfliegenden Astronauten falsch laufen würden.

Gruß
loderunner

hi,

Hat Deiner Meinung nach eine fallende Uhr (wir wollen hier mal
bei Uhr immer sogen.Atomuhren annehmen) in einer Höhe von
10000m
die gleiche Gangfrequenz wie eine, welche auf dieser Höhe in
Fallrichtung fixiert wird ?

Eine fallende Uhr hat aus Sicht der fixierten Uhr eine fallende Gangfrequenz.

Hallo,

Mit der Entfernung von der Erdoberfläche nimmt g (9,81m/s^2 !)
ab.

Und deshalb ist es nicht homogen.

Also, was meinst Du damit ?

was meinst Du - Du hast damit doch angefangen?

nein, ich habe homogen hier nicht eingebracht sondern Michael.
Ich kann eben, im Gegensatz zu meinem „Vor-Poster“, keine (behauptete)
Homogenität in einem Gravitationsfeld erkennen, deshalb meine Nachfrage an IHN, nicht an Dich.
Ich lasse mich aber gerne belehren wenn ich mich irre.
Gruß VIKTOR

Hallo

Die Erde erzeugt natürlich ein Radialfeld. Aber der Einfachheit halber geht man in Bodennähe von einem homogenen Feld aus.
Wenn man die Lageenergie eines 100m hohen Körpers ausrechnen will, dann wird bei m*g*h für g 9,81m/s² eingesetzt.
Bei den Unebenheiten der Erdoberfläche finde ich eine solche Näherung sowieso sinnvoll.

Gruß
Florian

Hallo Michael,

Was soll denn die „potentielle Gravitationsfeldstärke“ sein?

nun ja, vielleicht ein ungewöhnlicher Begriff für das was Du auch
meinst.
Ich meine, daß ich in einem Gravitationsfeld die Stärke nur
„messen“ kann, wenn ich dem Objekt eine relative Ruhe zuweise
dh.eine weiter Beschleunigung durch Gravitation verhindere.
Es ist das örtliche Beschleunigungspotential des Feldes.
Der Begriff „Gravitationspotential“ wird übrigens auch in Deinem
LINK unten dazu verwendet.

Wo kann ich Deine Behauptung nachlesen, daß eine schwerelose
Uhr
in einer höheren Umlaufbahn (im Vergleich) oder im „All“ eine
andere
Gangfrequenz hat ?

Zum Beispiel hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Zeitdilatation#Zeitdila…

Nein, da kann man dies so nicht nachlesen.
hier, in Deinem LINK
http://de.wikipedia.org/wiki/Zeitdilatation#Beschleu…
wird auch das Äquivalenzprinzip beschrieben zwischen Zentrifugalkraft
und Gravitationskraft welches ich so immer in meinen Beiträgen
als Grundlage meiner Argumentation gebrauchte - so auch hier.
Wenn beide Kräfte sich aufheben ist das Maximum der Gangfrequenz
der (eigenschwingenden)„Uhr“ erreicht.(Gewicht =0)
In schwerelosen Umlaufbahnen ist dies gegeben, egal wie der
Abstand zur Erde ist.

Hat Deiner Meinung nach eine fallende Uhr (wir wollen hier mal
bei Uhr immer sogen.Atomuhren annehmen) in einer Höhe von
10000m
die gleiche Gangfrequenz wie eine, welche auf dieser Höhe in
Fallrichtung fixiert wird ?

Aufgrund der Gravitationswirkung ja. Es kommen jedoch noch die
Effekte der speziellen Relativitätstheorie hinzu …

Und die wären ? Doch die waren hier nicht gefragt .
Ich kann jedoch nicht erkennen,auch bei Annahme der Gültigkeit der
SRT, daß der Uhrengang bei obigem Beispiel im Rahemen der SRT
beeinflußt wird, in dem Moment, in dem ich eine fixierte Uhr fallen
lasse. Es wird nur eine Krafteinwirkung weggenommen (noch) keine
Geschwindigkeit verändert.
Äquivalenzprinzip !
Die fallende Uhr erfährt keine Beschleunigung durch eine äußere Kraft.
Durch eine Beschleunigung durch eine äußere Kraft wird der Uhrengang
verändert (du sagst die Zeit läuft da anders ab , kommt auf das selbe
hinaus)
Beide Uhrenzustände - fixierte Uhr und fallende Uhr -können also
nicht die gleiche Gangfrequenz aufweisen es sei denn ich liege total
falsch und durch Beschleunigung der Uhr durch eine Kraft kann der
Uhrengang (Du sagst Zeit)nicht beeinflußt werden, was ich bisher
immer (auch im Sinne der ART) gedacht habe.

Also entweder oder !
Kraft-Beschleunigung bewirkt Frequenzänderung der Uhr oder nicht !
Äquivalenzprinzip gilt immer, oder nicht immer, oder gar nicht !

Gruß VIKTOR

Hallo Florian,

Die Erde erzeugt natürlich ein Radialfeld. Aber der
Einfachheit halber geht man in Bodennähe von einem homogenen
Feld aus.

nein, dies kann ich bei der Behandlung dieses Themas nicht
akzeptieren.Es geht um Gangunterschiede von Schwingern (Uhren)
in verschieden hoher Lage zur Erdoberfläche.
Deine Einlassung war überflüssig und als Information dazu falsch.
Gruß VIKTOR

Hallo,

nein, ich habe homogen hier nicht eingebracht sondern Michael.

Ich hab’s grad nachgelesen - Du hast völlig recht.
Gruß
loderunner