Vorming van banen

ayoub stelde deze vraag op 03 juni 2016 om 11:33.
Misschien een moeilijke vraag, misschien een makkelijke, maar ik vroeg mij af hoe banen gevormd worden. Is het zo dat vanaf het moment van de big bang alles versneld werd en daarna verder uitbreidde in afstand en dat er hier en daar grote massa,s clusterde en dat die zorgde voor een middelpuntzoekende kracht waardoor de kleinere massa's geforceerd werden in banen te bewegen, en dit alles terwijl de expansion gewoon aan de gang is? 

Daarnaast vroeg ik me af: 

- Beweegt alles in de kosmos in banen om een centrum (zwaarste massa)? en draait elke massa om zijn eigen as (zoals de aarde en de maan) of zijn er ook lichamen die stil bewegen tenopzichte van een andere massa?

- heeft alles in de kosmos dezelfde snelheid? ze komen toch allemaal uit dezelfde explosie? 

ik hoop dat de vragen duidelijk zijn! alvast bedankt


Reacties

Theo de Klerk op 03 juni 2016 om 11:53
Alles beweegt zich uiteindelijk in "banen". Waarom? Omdat massa's elkaar aantrekken. Dus bewegen ze naar elkaar toe. Maar omdat de massa's al een snelheid in een bepaalde richting hebben, zal dat naar elkaar toe bewegen uiteindelijk in een (ellips/cirkel)baan eindigen. Soms is de snelheid te groot en is de baan alleen gebogen en passeren de lichamen elkaar zonder om elkaar heen te draaien (hyperbolen). Alles trekt alles aan met grotere of kleinere kracht dus in die zin draait alles om elkaar - ook al is dat vaak moeilijk te zien omdat de ellipsbaan zo enorm groot is dat de beweging rechtuit lijkt. En telkens vervormd wordt door "storingen" van andere aantrekkingen.

Objecten in het heelal hebben niet allemaal dezelfde snelheid. Dat is trouwens moeilijk te meten als je niet 1 punt hebt wat je als oorsprong kunt nemen (aarde draait om de zon, met de zon samen rond het melkwegcentrum, dat weer met andere melkwegstelsels rond het Virgo clustercentrum draait, dat weer...)
Hubble toonde met metingen aan dat ver weg staande sterrenstelsels steeds sneller van ons afbewegen (zoals punten op een opblazende ballon ook steeds verder uiteen gaan). Dat licht bereikt ons nu pas: die snelheid hadden ze dus al miljarden jaren geleden en inmiddels zullen ze nog wel sneller gaan.

Ook al komt alles uit dezelfde "explosie" hoeft de snelheid niet hetzelfde te zijn: zware voorwerpen gaan met dezelfde energie ook langzamer dan lichte voorwerpen. Maar bijkomend probleem is dat het heelal zelf niet "vast" is. Het is niet een kleine heelal-punt die in een vaste kamer explodeert, het is het heelal zelf dat steeds groter wordt. We kunnen niet buiten dit heelal kijken (is er wel een buiten? Voer voor filosofen en praatprogramma's).

Porleif op 03 juni 2016 om 14:14

(Waarom zijn alle banen eclipse banen? En niet gewoon circelvormig?)

Mag ik hier op inhaken of moet ik hier een nieuwe vraag voor maken?

Gegroet,

Porleif Jarlskall

Theo de Klerk op 03 juni 2016 om 14:39
Als inhaken betekent: meer over hetzelfde, dan ga je door. Als het haaks staat op wat het onderwerp is, dan een nieuwe...

En...
Waarom zijn alle banen eclipse banen? En niet gewoon circelvormig?

Een cirkel is een bijzondere ellips (beide brandpunten vallen samen). Het is dus een bijzondere situatie van de algemenere. Modellen geven aan dat elkaar naderende massa's in ellipsbanen om elkaar kunnen gaan draaien die door allerlei oorzaken tot cirkelbanen "vervormen" kunnen. Een aantal banen is in benadering een cirkel (planeetbanen, baan van zon om het melkwegcentrum) maar hoeft niet (kometen)
Ayoub op 03 juni 2016 om 14:43
Aan de hand van het antwoord van Theo denk ik dat elipse vormen het gevolg zijn van andere massa's die de cirkelvorm aantasten met hun gravitatie (buigen). 

Ik weet het niet zeker maar ik dacht dat relatief cirkelvormige banen alleen bestaan bij geostationare satellieten (manen). Correct me if i,m wromg

 erg bedankt voor u antwoord Theo! 
Theo de Klerk op 03 juni 2016 om 14:48
> Ik weet het niet zeker maar ik dacht dat relatief cirkelvormige banen alleen bestaan bij geostationare satellieten (manen).

Geostationair = even grote baanomloopstijd als rotatietijd van de aarde
(een "instinker" bij het vwo 2016-I-2 examen). Maar allerlei banen kunnen cirkelvormig zijn, ook als een satelliet meermalen per dag om de aarde draait of juist minder. Zolang de satelliet maar in een "Kepler baan" zit, dwz r3/T2 = constante (afhankelijk van de massa van de planeet waarom dit gebeurt).
Deze Keplerbanen ontstaan omdat de gravitatiekracht = middelpuntzoekende kracht bij juist die ene afstand r tot elkaar.
Zo gauw de ene kracht kleiner is dan de ander is er geen sprake van een Kepler baan en zal het voorwerp niet in een cirkel bewegen maar juist naar een andere cirkelbaan waarbij de Kepler relatie wel opgaat. En als dat nergens zo is, dan is er geen cirkelbaan maar een niet gesloten omloop (verwijdering (als Fmpz > Fzw) of toenadering (Fzw > Fmpz)  neemt toe).
Ayoub op 03 juni 2016 om 14:56
aah bedankt voor de uitleg! Baanvormen zijn in hun kern dus eigenlijk niets anders dan verhoudingen tussen Fgrav en Fmpz. Zo heb ik er nooit over na gedacht! Ik zal me maar meer verdiepen in de natuurkunde achter banen. Bedankt voor het noemen van kepler. Jammer dat ik daar op school nooit stof van gehad heb.. 

En hoe zit het trouwens met het draaien rond eigen as? op Google zag ik dat de oorzaak van het draaien rond eigen as "angular momentum" was. Hier begreep ik helemaal niets van. Weet u hoe dat zit? 


Porleif op 03 juni 2016 om 16:31
volgens mij heeft een baanobject een eigen rotatie nodig omdat deze zo in zijn baan blijft en niet richting het andere object ''valt''.

Even terug naar mijn vraag.
Is het zo dat beide massa's invloed op elkaar hebben en ze daarom elipsevormig zijn? Terminste dat is wat ik uit jullie uitleg haal.

Dus objecten beinvloeden elkaar altijd ongeacht hun massa, alleen de verhoudingen maken uit. voorbeeld; een knikker die ik rond de aarde zou brengen heeft zo ontzettend weinig invloed omdat de verhouding van massa zo groot is (klopt dit?).

bedankt,

Gegroet,

Porleif Jarlskall
Jan van de Velde op 03 juni 2016 om 16:42

Ayoub plaatste:

aah bedankt voor de uitleg! Baanvormen zijn in hun kern dus eigenlijk niets anders dan verhoudingen tussen Fgrav en Fmpz. 

Baanvorm is ook een kwestie van begincondities: zie bijvoorbeeld een zg conische slinger: 


(http://phys23p.sl.psu.edu/)
........een balletje aan een touwtje dat cirkelvormige banen draait in een horizontaal vlak.
Weinig anders dan een satelliet in een baan, alleen is de centripetale kracht hier de resultante van een spankracht en een zwaartekracht. 

Het benodigde materiaal is in principe eenvoudig zat om dit thuis in een paar minuten te hebben nagebouwd, een haakje, eindje touw en een stuiterballetje of zo. Moet je eens proberen om die bal een cirkel te laten beschrijven: dat betekent dat je dat balletje in precies de juiste richting en met precies de juiste snelheid moet "afvuren". Sorry, it's not gonna happen. Toch zeker niet in de veel chaotischer omstandigheden van een zonne- of sterrenstelsel. 

Ayoub plaatste:

En hoe zit het trouwens met het draaien rond eigen as? op Google zag ik dat de oorzaak van het draaien rond eigen as "angular momentum" was. 

dat is de draaivorm van de eerste wet van Newton: "Een voorwerp waarop geen resulterende kracht werkt, is in rust of beweegt zich rechtlijnig met constante snelheid voort."
Zo'n rechtlijnige wet van behoud van beweging (impuls, Eng:"momentum") bestaat ook voor draaiing (draaiimpuls, Eng : "angular momentum")

De gaswolk waaruit een zonnestelsel ontstaat bevat een hoop chaotische beweging waar altijd wel een minieme resultante in een of andere richting in zit. Zodra zo'n gaswolk begint met zich samentrekken en die beweging zich meer en meer naar- en rond een centraal punt begint te bewegen wordt die resultante beter en beter zichtbaar omdat het sneller gaat (denk aan het pirouette-effect  van de ijsdanser die met gespreide benen en armen begint te draaien en dan armen en benen intrekt).

Gevolg is dat vrijwel alles in zo'n uiteindelijk gevormd zonnestelsel in dezelfde richting rond zo'n gemeenschappelijk zwaartepunt draait. Alle planeten draaien in hetzelfde vlak dezelfde kant op rond de zon, hun manen draaien ook in diezelfde rotatierichting, en zelfs de rotatie van de zon en planeten rond hun eigen assen** heeft diezelfde richting. In een ideaal heelal zouden al die assen zelfs netjes rechtop staan t.o.v. het zonne-evenaarvlak ("ecliptica") .

** Uiteraard gebeuren er tijdens zo'n vorming "ongelukjes". Het begint al chaotisch, zaken die tegen elkaar botsen, en dan krijg je ook nog planeten die elkaar vervolgens ook met hun onderlinge zwaartekracht beïnvloeden. De aardas staat onder een hoek van 23,5° met die ecliptica, en als je de lijst doorloopt zijn er wel sterkere afwijkingen van de grote lijn te vinden, met als ultiem accident Venus die precies tegengesteld om haar as roteert t.o.v. de rest. 

Dus al met al, áls je al eens een nagenoeg perfecte cirkelvormige baan zou aantreffen is dat een kans van 1 op de zoveel miljoen, en dan nog zal dat door invloeden van andere planeten ook vast geen langdurige situatie zijn. Maar ook valt het met het "rommeltje" nogal mee. De aardbaan rond de zon wijkt maar een kleine twee procent af van een nette cirkel. Je moet al een heel scherp timmermansoog hebben om die afwijking er op het zicht uit te halen. 

duidelijker zo?

Groet, Jan



Jan van de Velde op 03 juni 2016 om 16:57

Porleif Jarlskall plaatste:

volgens mij heeft een baanobject een eigen rotatie nodig omdat deze zo in zijn baan blijft en niet richting het andere object ''valt''.

als je met "eigen rotatie" een rotatie rond eigen as bedoeld, nee.

Is het zo dat beide massa's invloed op elkaar hebben en ze daarom elipsevormig zijn? Terminste dat is wat ik uit jullie uitleg haal.

zie mijn reactie richting Ayoub hierboven

Dus objecten beinvloeden elkaar altijd ongeacht hun massa, alleen de verhoudingen maken uit. voorbeeld; een knikker die ik rond de aarde zou brengen heeft zo ontzettend weinig invloed omdat de verhouding van massa zo groot is (klopt dit?).

Het is niet alleen een kwestie van massaverhouding, maar ook van tijd. Elke kracht, hoe klein ook, veroorzaakt een versnelling. Versnel iets lang genoeg met een versnelling van slechts 0,00000000000000000001 m/s² en op de kosmische tijdschalen waar we over praten zie je daar op den duur echt wel de effecten van. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft negenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)