Wie schnell sind wir?

Meine lieben,
schon länger hatte ich mit Freunden eine Diskussion darüber, wie schnell wir uns eigentlich durch den Weltall bewegen.
Gerne teile ich meine Gedanken darüber mit euch und wünsche viel Freude beim lesen.
Damit die Mail nicht zu lange wird, befassen wir uns heute mit dem Phänomen der Geschwindigkeit allgemein und werden dann in einer weiteren Folge der Frage nachgehen, wie man Geschwindigkeiten messen kann.
Tja, wie schnell sind wir?

Diese Frage ist gar nicht so einfach zu beantworten.
Geschwindigkeit ist irgendwie relativ. Man kann nur eine Geschwindigkeit relativ zu etwas anderem haben.
Wenn wir schreiben, dass wir 100 km/H schnell auf der Autobahn fahren, dann gehen wir stillschweigend davon aus, dass die Erde ruht.
Geschwindigkeit gibt es nur dort, wo wir uns auf ein anderes System, z. B. auf die ruhende Straße, die Bahngleise etc. beziehen können.
Haben wir kein weiteres System, z. B. unsere Sonne, die uns Tag und Nacht, also die Erddrehung anzeigt, können wir nicht sagen, wie schnell das von uns aus gesehene ruhende System selbst ist.
Tatsächlich scheint es Ruhe im engeren Sinne in unserem Universum überhaupt nicht zu geben.
Wir wissen nicht, mit welcher Geschwindigkeit sich unser Universum bewegt, weil wir kein anderes haben, mit welchem wir vergleichen könnten.

Diese Bewegung, das sich umeinander drehen, das Fallen etc. wird metaphysisch oft mit dem kosmischen Tanz verglichen.

Aber alles der Reihe nach.

Nun liegt der größte Teil des Äquators im Meer, aber bei Schiffen, deren Geschwindigkeiten in Knoten angegeben wurden oder noch werden, was ich momentan nicht genau weiß, denken wir auch das Meer wäre in Ruhe.
Welch eine Wohltat für all jene, die gerne mal seekrank werden, zu denen ich leider auch gehöre.
Warum spreche ich vom Äquator?

Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst.
Das bedeutet, dass wir diese Drehung mitmachen müssen, ob wir wollen, oder nicht.
Wer am Äquator wohnt, bewegt sich am schnellsten, nämlich ungefähr 40.000 (vierzigtausend) Kilometer in 24 Stunden = ein Tag.
Die 40.000 Km sind der Erdumfang.

Wer am geographischen, nicht am magnetischen Nordpol oder Südpol wohnt, dreht sich um sich selbst, ohne dass ihm schwindelig wird.
Physikalisch gesehen, gibt es an den Achsenpunkten einer sich drehenden Kugel überhaupt keine Geschwindigkeit auf einem unendlich kleinen Punkt.
Da aber alles eine gewisse Ausdehnung hat…

Die Erde dreht sich links herum von West nach Ost.
Unser gedachter Äquatorianer bewegt sich somit immer mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1660 km/H in Richtung Ost.
Fährt er gerade auf einem Highway, der gerade am Äquator verläuft mit 150 Km in Richtung osten, dann addieren sich die beiden Geschwindigkeiten. Im andern Fall subtrahieren sie sich.
Denken wir uns nun um einen der beiden geographischen Pole einen Kreis mit einem Durchmesser von einem Kilometer, so wird ein Bewohner auf dessen Rand in einem Tag nur ungefähr 3,14 km/Tag =3,14 km /24 H ungefähr 0,130 km/h Das sind keine 200 m Pro Stunde sich bewegen.
Und trotzdem überholt der Äquatorianer den Polaner nicht, weil sie durch die gemeinsame Erdkugel quasi starr miteinander verbunden sind.
Denkt man sich nun die Erde in ein Netz gepackt, wie die Kartographen das taten, indem sie die Erde in Längen- und Breitengrade einteilten, dann bewegen sich alle Objekte desselben Breitengrades mit der selben Geschwindigkeit, die am Äquator die größte und an den Polen die niedrigste ist, und alle Objekte auf einem Längengrad zumindest vom Pol bis zum Äquator und vom Äquator bis zum anderen Pol mit einer anderen Geschwindigkeit, ohne sich zu überholen.
Somit gibt es zu jedem Punkt auf der Nordhalbkugel einen zweiten auf der Südhalbkugel, der sich mit derselben Geschwindigkeit bewegt.
Ich deutete oben schon an, dass sich Geschwindigkeiten immer auf ein Bezugssystem beziehen und sich in gleicher Richtung addieren und in Gegenrichtung subtrahieren. Mit einfachen mathematischen Formeln aus der Geometrie lassen sich auch die resultierenden Geschwindigkeiten für alle anderen Winkel ausrechnen.
Das ersparen wir uns jetzt, denn ich will, dass auch diejenigen hier weiterlesen, die eher mit der Mathematik und der Geometrie auf dem Kriegsfuß stehen. Lassen wir diese unangenehmen Schulerinnerungen also ruhn.

Wir spüren nichts von dieser Geschwindigkeit, die aus der Erddrehung resultiert, weil sich alle Gegenstände um uns herum auch mit dieser Geschwindigkeit bewegen.
Geschwindigkeit nehmen wir nur dann wahr, wenn sie nicht gleichförmig ist. Es drückt uns in den Sitz, wenn wir im Sportwagen aufs Gas treten, weil die Geschwindigkeit pro Zeiteinheit zunimmt. Ebenso haut es uns nach vorne, wenn wir scharf abbremsen müssen. Diese zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit nennen die Physiker Beschleunigung. In diesem Sinne ist Bremsen dann eine negative Beschleunigung. Dieses wird bildlich oft im Leben Entschleunigung genannt.
Dass es uns in den Sitz drückt, bzw. nach vorne haut, liegt daran, dass unser Körper sich eigentlich mit der zuvor eingenommenen Geschwindigkeit weiterbewegen möchte. Diesen Willen nennt man Trägheit. Er hat mit der Masse des Körpers zu tun. Obwohl sich die Masse eines Gegenstandes hier auf Erden durch das Gewicht des Gegenstandes bemerkbar macht, wäre es falsch, wenn ich hier Gewicht anstelle von Masse schreiben würde, denn das mit der Beschleunigung funktioniert auch im Weltall, wo kein Schwerefeld herrscht.
Aber auch hier nehme ich auf diejenigen Rücksicht, die es nicht so mit der Physik haben, und gehe nicht weiter darauf ein.

Das ist aber nicht die einzige Geschwindigkeit, der wir ausgesetzt sind.
Die Erde ist ungefähr 150 Mio Kilometer von der Sonne entfernt.
Diese denken wir uns jetzt mal als Punkt, denn mir ist nicht klar, ob hier der Rand der Sonne, bzw. deren Mittelpunkt gemeint ist.
Da die Sonne ein Gasball ist, dürfte es nicht ganz leicht sein, genau zu definieren, wo sie exakt ihre Oberfläche hat.
Man könnte die Oberfläche von Gas-Körpern dort definieren, wo ihr Gasdruck dem hier auf der Erde entspricht.
Für uns sind nur die 150 Mio Kilometer wichtig.
Uns soll im folgenden auch nicht stören, dass die Erde, wie alle anderen Himmelskörper auch, sich in einer elyptischen Bahn und nicht auf einer Kreisbahn um die Sonne oder ihre Muttersterne bewegen.
Der Kreis ist sozusagen eine Ausnahme unter den Elypsen, bei der die beiden Brennpunkte auf dem gemeinsamen Mittelpunkt liegen.
Was viertausend Jahre gut und billig war, kann uns hier nur recht sein.
Die Erde dreht sich nahezu auf einer Kreisbahn um die Sonne. Der Kreis hat einen Durchmesser von ungefähr 150 Mio Kilometer.
Von der Sonne aus gesehen dreht sich die Erde links um sie herum.
Das kann man sehen, wie sie durch die Sternbilder zieht.
Somit legt die Erde mit allem drum und dran, sogar mit dem Mond pro Jahr eine Strecke von ungefähr einer Milliarde Kilometern pro Jahr zurück.
1.000.000.000 km /365 Tage /24 Stunden ist dann das ganze in km/h. Wer mag, darf das selbst ausrechnen.

Betrachten wir nun diese beiden Geschwindigkeiten, die der Erddrehung und die des Jahreslaufes, dann können wir uns überlegen, ob es eine resultierende Geschwindigkeit der beiden gibt.
Es gibt zu jedem Zeitpunkt der Messung eine, aber die ist leider nicht konstant, da es sich um Kreisbahnen handelt von denen die eine nichteinmal innerhalb der anderen verläuft.
Denken wir uns die Richtung der Erddrehung als Pfeil.
Dann kommt es vor, dass sich ein Punkt quasi von hinten vor bewegt. Dann zeigt dieser Pfeil ungefähr in die Richtung, in welcher auch die Erde um die Sonne läuft.
Ist unser Pfeil nun im Begriffe, sich wieder hinter der Erde zu verstecken, dann zeigen die beiden Pfeile sogar in Gegenrichtung.
Auch alle Zwischenrichtungen kommen hier vor. Das bedeutet, dass die Absolutgeschwindigkeit bezogen auf Erddrehung und Jahreslauf sich jeden Tag einmal adieren und einmal subtrahieren.

Somit kann es sein, dass es für einen Beobachter auf einer Kreisbahn so aussieht, dass etwas auf einer anderen Kreisbahn ihn überholt, ein kleines Stückchen Rückwärts läuft, um dann wieder in den normalen Tritt zu kommen.
Dieser perspektivische Effekt bereitete den Griechen in der Berechnung der Planetenbahnen großes Kopfzerbrechen. Das konnte man erst befriedigend dadurch lösen, dass man die Sonne in die Mitte der damals bekannten Himmelskörper setzte.
Dieser Effekt tritt ein, wenn sich zwei Planeten auf ihren Bahnen gegenüber stehen. Im einen Fall können sie auf der gleichen Seite der Sonne gegenüber stehen und im anderen Fall mit der Sonne dazwischen. Das sind dann die verwirrenden Konstellationen, wo man denken könnte, dass alles aus dem Ruder läuft, dass der eine den anderen überholt und dass der eine mit einem mal rückwärts läuft.

Das sind grob die Geschwindigkeiten, die für unser Leben die ausschlaggebensten sind.
Es gibt noch weitere, auf die ich nun aber nicht in der Ausführlichkeit eingehen werde.

Unsere Sonne bewegt sich, wie alle anderen Sterne unserer Galaxis um einen Mittelpunkt, um das Schwarze Loch in ihrem Zentrum,  herum. Weiß man den Durchmesser unserer Galaxis und die Umlaufzeit für eine Umrundung, so kann man näherungsweise wieder mit der Kreisformel berechnen, wie schnell die Sonne mit allem drum und Dran, mit Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und allen Monden, dem einen unseren, Deimon und Fobos des Mars, den vier galileischen Monden des Jupiter, und und und, sich um unsere Galaxis bewegt.
Hier wird die Zahl in km/H so unhandlich, dass man sich besser mit einer größeren Maßeinheit behilft.
Das Messen von Geschwindigkeiten soll aber Thema einer nächsten Folge werden.
Was für die Resultierende Geschwindigkeit von Erdentag und Sonnenjahr gilt, muss selbstverständlich auch geometrisch für den Sonnentag (Drehung der Sonne um sich selbst) und das Galaxisjahr (Drehung der Sonne um die Galaxie) gelten.
Unsere Galaxis dreht sich mit einigen anderen Galaxien auch um einen gewissen Schwerpunkt herum. und all diese Systeme bewegen sich momentan, als wären sie in einem Strudel, auf einen Punkt zu, den man den großen Attraktor nennt.
Somit gibt es nichts, was keine Geschwindigkeit hat und auch nichts, das immer eine eindeutige gleichbleibende Geschwindigkeit hat.

Wie oben schon erwähnt, ist Ruhe nur dann Ruhe, solange wir uns auf etwas beziehen, das sich mit derselben Geschwindigkeit bewegt, wie wir.

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