Physik? Hab ich noch nie verstanden! Der Thread für Physik-Fragen an die Profis

[Strat]

Also 40 u und 39 u ?

[Gigaz]

Wie gesagt, das ist eine sinnvolle Annahme und wird ein Resultat liefern, das nah dran ist am richtigen Ergebnis. Wahrscheinlich ist es sogar richtig im Sinne der Aufgabe. Die edlere Lösung ist aber die, wo du annimmst, dass Ar39 und Ar40 die gleiche (unbekannte) Bindungsenergie pro Nukleon haben. Das ist nicht völlig richtig, aber besser als 39u und 40u.

[Strat]

Vielen Dank, das klappt

Erstaunlich wie klein der Abstand ist. Ich hätte das eher im Zentimeterbereich vermutet.

[nordstern]

4 Beiträge aus dem Mathethread verschoben. /justanick

Nicht ganz Mathe aber das selbe Grundthema.

Ich beschäftige mich aus persönlichen Gründen gerade mit der Frage in welchem Verhältnis kinetische Energie mit thermischer Energie ist.

Oder Kurz: Was ist aus Energiesicht besser: Ein Plasmawerfer oder eine Railgun. Vereinfacht besteht der Unterschied darin, das eine Railgun massive Geschosse abfeuert und ein Plasmawerfer extrem heiße Materie. Ich lege vereinfacht beidesmal die selbe Aufschlaggeschwindigkeit an, da beide Waffensysteme mit elektromagnetischen Beschleunigern und magnetischen Feldern arbeiten würden.

Rein vom Gewicht her, hat das Railgungeschoss mehr Energie, da hier gilt E=m x s²
Beim Plasma ist zwar die vorhandene Materie geringer und damit deutlich weniger Gewicht vorhanden, dafür ist es unglaublich heiß. Wir nehmen hier mal 10.000 Grad an.
Wie rechne ich die Temperatur eines Objekts in Energie um? Ich hab etwas gegoogelt... aber irgendwie wurde ich daraus nicht schlau. Vorallem wenn man anschließend noch die Geschwindigkeit reinrechnen muss. Oder spielt diese aufgrund der geringen Masse keine Rolle?

Interessieren würde mich auch die Flächen und Durchschlagskomponente. Wobei hier keine exakten Zahlen notwendig sind sondern eine Tendenz. Richtet ein massives Geschoss mehr "Flächenschaden" an als ein Energiegeschoss? Und welcher Krater wäre größer (Aufschlag). Langfristig wird der Plasmakrater tiefer sein, weil das Plasma sich ins Gestein schmilzt.


Meine Rechnung sieht bisher wie folgt aus:
Nach der Formel für kinetische Energie ist die Energie des Projektils mit 50kg Gewicht und 150.000m/s etwa 1,125x10^12 N

Bei Plasma habe ich die Formel für thermische Energie genutzt, einen Freiheitsgrad von 3 geschätzt und mit der Avogadro-Konstante sowie einer Teilchenzahl von 22,4l/mol gerechnet. Allerdings habe ich dann lediglich die Energie der Materie... die Geschwindigkeit ist unberücksichtigt. Setzte ich (was falsch ist) das Ergebnis als Masse bekomme ich 1,26x10^35 N.

[SvenBvBFan]

das ist physik und abenteuerlich. energie hat die einheit joule.

[Setcab]

Außerdem ist die Formel für Bewegungsenergie E=1/2 m v^2
Verschiedene Energieformen addierst du einfach, die Gesamtenergie ist die Summe aus kinetischer und thermischer Energie.
Ich weiß allerdings nicht, ob man Plasma als ideales Gas mit konstanter Wärmekapazität annehmen kann.

[Gigaz]

Üblicherweise hat ein heißes Plasma Ionisationsfreiheitsgrade, dh. Energie steckt einmal in der Teilchenbewegung und dann in den Feldern. Frag Kantel, der ist Plasmaphysiker

[nordstern]

Nicht ganz Mathe aber das selbe Grundthema.

Ich beschäftige mich aus persönlichen Gründen gerade mit der Frage in welchem Verhältnis kinetische Energie mit thermischer Energie ist.

Oder Kurz: Was ist aus Energiesicht besser: Ein Plasmawerfer oder eine Railgun. Vereinfacht besteht der Unterschied darin, das eine Railgun massive Geschosse abfeuert und ein Plasmawerfer extrem heiße Materie. Ich lege vereinfacht beidesmal die selbe Aufschlaggeschwindigkeit an, da beide Waffensysteme mit elektromagnetischen Beschleunigern und magnetischen Feldern arbeiten würden.

Rein vom Gewicht her, hat das Railgungeschoss mehr Energie, da hier gilt E=m/2 x s²
Beim Plasma ist zwar die vorhandene Materie geringer und damit deutlich weniger Gewicht vorhanden, dafür ist es unglaublich heiß. Wir nehmen hier mal 10.000 Grad an.
Wie rechne ich die Temperatur eines Objekts in Energie um? Ich hab etwas gegoogelt... aber irgendwie wurde ich daraus nicht schlau. Vorallem wenn man anschließend noch die Geschwindigkeit reinrechnen muss. Oder spielt diese aufgrund der geringen Masse keine Rolle?

Interessieren würde mich auch die Flächen und Durchschlagskomponente. Wobei hier keine exakten Zahlen notwendig sind sondern eine Tendenz. Richtet ein massives Geschoss mehr "Flächenschaden" an als ein Energiegeschoss? Und welcher Krater wäre größer (Aufschlag). Langfristig wird der Plasmakrater tiefer sein, weil das Plasma sich ins Gestein schmilzt.


Meine Rechnung sieht bisher wie folgt aus:
Nach der Formel für kinetische Energie ist die Energie des Projektils mit 50kg Gewicht und 150.000m/s etwa 5,65x10^11 N

Bei Plasma habe ich die Formel für thermische Energie genutzt, einen Freiheitsgrad von 3 geschätzt und mit der Avogadro-Konstante (Freiheitsgrad) sowie einer Teilchenzahl von 22,4l/mol gerechnet. Allerdings habe ich dann lediglich die Energie der Materie... die Geschwindigkeit ist unberücksichtigt. Setzte ich (was falsch ist) das Ergebnis als Masse bekomme ich 6,3x10^34 N.

Kann ich bei Plasma überhaupt die Formel für kin. Energie nutzen? Oder sind die Teilchen so weit auseinander, das quasi garkeine Aufprallenergie entsteht, bzw eine vernachlässigbare?

Mit der Rechnung würde ich gerne rausbekommen, welches Waffensystem vom Energiestandpunkt aus stärker ist. Ich hab nur massive Probleme mit der Temperatur zu rechnen. Wobei ich hier davon ausgehe, dass das Waffensystem mit dem höheren Energiegrad auch schwere Abzufangen ist (Schild, Panzerung).

[Der Kantelberg]

Nicht ganz Mathe aber das selbe Grundthema.

Ich beschäftige mich aus persönlichen Gründen gerade mit der Frage in welchem Verhältnis kinetische Energie mit thermischer Energie ist.

Oder Kurz: Was ist aus Energiesicht besser: Ein Plasmawerfer oder eine Railgun. Vereinfacht besteht der Unterschied darin, das eine Railgun massive Geschosse abfeuert und ein Plasmawerfer extrem heiße Materie. Ich lege vereinfacht beidesmal die selbe Aufschlaggeschwindigkeit an, da beide Waffensysteme mit elektromagnetischen Beschleunigern und magnetischen Feldern arbeiten würden.

Rein vom Gewicht her, hat das Railgungeschoss mehr Energie, da hier gilt E=m x s²
Beim Plasma ist zwar die vorhandene Materie geringer und damit deutlich weniger Gewicht vorhanden, dafür ist es unglaublich heiß. Wir nehmen hier mal 10.000 Grad an.
Wie rechne ich die Temperatur eines Objekts in Energie um? Ich hab etwas gegoogelt... aber irgendwie wurde ich daraus nicht schlau. Vorallem wenn man anschließend noch die Geschwindigkeit reinrechnen muss. Oder spielt diese aufgrund der geringen Masse keine Rolle?

Interessieren würde mich auch die Flächen und Durchschlagskomponente. Wobei hier keine exakten Zahlen notwendig sind sondern eine Tendenz. Richtet ein massives Geschoss mehr "Flächenschaden" an als ein Energiegeschoss? Und welcher Krater wäre größer (Aufschlag). Langfristig wird der Plasmakrater tiefer sein, weil das Plasma sich ins Gestein schmilzt.


Meine Rechnung sieht bisher wie folgt aus:
Nach der Formel für kinetische Energie ist die Energie des Projektils mit 50kg Gewicht und 150.000m/s etwa 1,125x10^12 N

Bei Plasma habe ich die Formel für thermische Energie genutzt, einen Freiheitsgrad von 3 geschätzt und mit der Avogadro-Konstante sowie einer Teilchenzahl von 22,4l/mol gerechnet. Allerdings habe ich dann lediglich die Energie der Materie... die Geschwindigkeit ist unberücksichtigt. Setzte ich (was falsch ist) das Ergebnis als Masse bekomme ich 1,26x10^35 N.

1.) Plasma ist nicht unbeding heiß.

2.) Energie durch Temperatur:
[math] E = \frac{f}{2} k_B T [/math]
f sind die Freiheitsgrade, bei nem idealen Gas wäre das ne 3. Hast du schon ganz vernünftig abeschätzt. Könnte man auch 5 nehmen je nach Plasmaart (das Gas, aus dem man das Plasma herstellt)
Kb die Boltzmannkonstante.

3.) Plasma hat nicht unbedingt eine "Temperatur". Die Elektronen haben sind meist schneller als die Ionen und die meist schneller als der Rest an Neutralteilchen. Außerdem ist die Energieverteilung nicht unbedingt eine Maxwellfunktion. Also nicht statistisch zufällig verteilt. Und dann ist es streng genommen keine Temperatur. Und man kann die Gleichung oben eigentlich nicht nehmen. Aber näherungsweise kann man mal mit ner Temperatur rechnen. Irgendeinen Durchschnitt wird es schon geben. Man würde dann die Durchschnittsgeschwindigkeit der Ionen nehmen.

4.) Temperatur ist zufällig und in alle Richtungen gleich. Wenn du also Wärme in Form eines Plasmaballes auf eine Struktur einwirken lässt (z.B. im Kriegsfall ne Panzerung), kriegt die davon keinen Schlag. Sondern wird warm. Du brauchst sehr viel Wärme um die Struktur so zu erhitzen, dass sie schächer wird. Bei Stahl, muss der vielleicht 1000°C haben, damit es leichter zu dellen ist. Nur ne Schätzung, der Schmelzpunkt von Eisen ist 1500°C. So ein Flammenwerfer wäre vielleicht gut gegen Menschen aber gegen Panzer/Flugzeuge, die ein paar Tonnen wiegen eher unwirksam.

5.) Der Impuls und die kinetische Energie von so nem Plasmaball ist sehr gering. Einfach, weil er wenig Masse hat. So ein Gas ist nicht dicht. Wird der Panzerung also auch keinen Schaden zufügen. 1m³ Plasma wiegt bei Normaldruck ungefähr so viel wie 1m³ Luft.

6.) Im Plasma passiert viel Chemie. Du hast lauter Ionen, freie Radikale, die Oberflächen ätzen oder chemisch aktivieren. Das Plasma wird mit der Panzerungsoberfläche also etwas machen. Wahrscheinlich 0,5mm abätzen oder so. Das juckt den Panzer nicht.

Fazit: Plasmawaffen sind absolut ungeignet. Ne alte Kanonen hätte mehr Auswirkungen im Krieg als irgendein Plasmading. Plasmawaffen in Science-Fiction-Geschichten würden nicht funktionieren, außer gegen ungepanzerte Ziele. Nimm die Railgun, die wird von den Amis sogar auf Schiffen schon ausprobiert.

[nordstern]

Plasmawaffen müssten also mindestens 10.000 Grad haben um überhaupt eine Wirkung zu haben? Oh... Danke dir.. ich hab es mir schon halb gedacht. Für meine Zahlen habe ich nämlich die Formel die du in 2.) postest schon benutzt. Ich wusste nur nicht ob richtig. Und der Energiewert war deutlich geringer wie der Energiewert eines 50kg Geschosses das mit 150.000m/2 aufschlägt. Wie hoch ist den eine realistische Abschussgeschwindigkeit durch Elektromagnetismus? Das die USA das testen wusste ich, dachte nur das sie noch an Land probieren und nicht das sie schon Schiffe damit testen. Mehr können sie aber garnicht tun, da Railguns aufgrund der Energie und des Rückstoßes weder in Panzern noch Flugzeugen oder Handfeuerwaffen verbaut werden können aktuell.

Wie verhält es sich bei Laserwaffen? Durch ihren permamenten Strahl müssten sie tauglicher sein, aber von der Energieffizienz deutlich schlechter.

[Gullix]

...also, vielleicht kann man es so sagen: Bei Waffen gibt es, physikalisch gesehen, verschiedene Strategien:

- Impulsübertrag. Der gute alte Knüppel aufn Kopp.
- Energie. Bomben, oder bei Stronghold der angezündete Pechgraben
- Materialkonstanten überwinden. Mit einem scharfen Schwert den Arm abtrennen, dazu muss man ja die Oberfläche durchdringen. Panzerdurchschlagende Munition könnte auch in die Kategorie fallen.

[justanick]

Plasmawaffen müssten also mindestens 10.000 Grad haben um überhaupt eine Wirkung zu haben?

Ein Problem dabei wird sein, dass viel Wärmeenergie an die Umgebungsluft etc. verloren geht. Insbesondere auf größere Distanz wäre die Effizienz also gemindert.

Wie verhält es sich bei Laserwaffen? Durch ihren permamenten Strahl müssten sie tauglicher sein, aber von der Energieffizienz deutlich schlechter.

Die im Militär erprobten Laser haben doch eine sehr hohe Leistung, aber nur für winzige Sekundenbruchteile.

[Der Kantelberg]

Die Temperatur spielt eher weniger eine Rolle, sondern eher die Wärmemenge. Menschen brutzeln wäre möglich, um ne Tonne Eisen zu kochen, brauchst du denk ich zu viel Energie. Wäre dann vergleichbar mit nem Flammenwerfer, der macht ja auch einfach nur heiß. Und dann wäre die Frage: Warum nutze ich ne Plasmawaffe und nicht einfach einen Flammenwerfer?

Laser: Wesentlich besser und eher einsetzbar. Gibt da auch schon Tests zur Bekämfung angreifender Raketen. Der kann die Energie halt sehr konzentriert anbringen. Und lässt sich über Spiegel auch gut steuern - in der Theorie. In der Praxis ist das Problem, dass der Laserstrahl so stark sein muss, dass selbst bei 99,99% Reflektion der Spiegel noch genug Energie abkriegt, um zerstört zu werden.

[Gigaz]

Laser: Wesentlich besser und eher einsetzbar. Gibt da auch schon Tests zur Bekämfung angreifender Raketen. Der kann die Energie halt sehr konzentriert anbringen. Und lässt sich über Spiegel auch gut steuern - in der Theorie. In der Praxis ist das Problem, dass der Laserstrahl so stark sein muss, dass selbst bei 99,99% Reflektion der Spiegel noch genug Energie abkriegt, um zerstört zu werden.

Die US-Armee testet grade mit 60 kW-Lasern rum (https://phys.org/news/2017-04-laser-...-military.html)
Ich glaube, sie müssen den Strahl auf wenige ~cm² fokussieren, und das auf Kilometer entfernte Ziele. Ich kann mir nicht vorstellen, dass das mit mechanisch verstellten Spiegeln geht, aber es geht jedenfalls. Was aber nicht wirklich geht, ist ein vernünftig verspiegeltes Ziel zu beschädigen. Da bräuchte man wirklich sehr viel mehr Energie. Daher ist die Waffentechnik umstritten, aber die US-Armee hats ja.

[Der Kantelberg]

Klar, die Verteidigung gegen den Laserangriff ist natürlich der Spiegel. Den kannst du aber nicht nehmen, wenn das Gerät gleichzeitig Stealth-Eigenschaften haben soll. Und so ne Spiegeloberfläche ist vielleicht auch sonst anfälliger. Muss geputzt werden, denn Dreck spiegelt nicht, usw.

Möglichkeiten ergeben sich da schon.

Verstellen würde man die Spiegel mit irgendwelchen Mikro-Motoren an der Rückseite, wie bei diesen Superteleskopen. Das Problem ist, denke ich mal, die Kühlung des Spiegels. Ist aber nur ein educated guess meinerseits.