Reibungshitze Erdatmosphäre Austritt Nein, Eintritt Ja?

Question

Hallo,
Körper im All oder sei es nun Meteoriten oder Nasa Teile,
haben beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre mit der
Reibungshitze zu kämpfen.

Warum ist das so und vor allem warum ist das nicht
so beim Austritt aus der Atmosphäre?

Nikki

Sind ja eine Menge Antworten, lassen aber weitere Fragen entstehen. Wenn es an der
Geschwindigkeit liegt, warum bremst dann ein Raumschiff nicht entsprechend ab? Oder ist die Energie die dann benötigt werden würde zu gross ?

Ach ja eine hat ein Beispiel freier Fall max. 200km/h angegeben. Das stimmt nicht, ich erreiche beim Falschirmsprung knapp 500km/h wenn ich will.

Answer 1

Beim Start einer Rakete wird die Geschwindigkeit ja nur allmählich höher. Und je mehr sie ansteigt, desto höher über der Erde ist das Objekt, desto dünner ist die Atmosphäre, und darum nimmt die Reibung gleichzeitig ab. Beim Wiedereintritt ist es aber so, dass die Geschwindigkeit anfangs am höchsten ist, und die Abbremsung eben erst erfolgt, wenn die Atmosphäre dichter wird. Dadurch ist die Reibung viel höher und Hitze wird erzeugt.

Answer 2

Raumfahrzeuge werden ausserhalb der Erdatmosphaere weiter beschleunigt, damit sie im Orbit bleiben.
Beim Wiedereintritt sind sie dann entsprechend schneller.

Speziell fuer den Wiedereintritt wird tatsaechlich etwas abgebremst und der Flugpfad zurueck in die Erde ist eine sehr genaue Berechnung des machbaren. Einerseits muss man sehen wieviel Treibstoff man noch uebrig hat fuer ein Bremsmanoever, andererseits koennte man (theoretisch) bis auf Null abbremsen. Nur dann wuerde man beim Fallen wieder beschleunigen und letztlich das gleiche Problem haben.

Es wird also in jedem Fall 'etwas warm'.
Und weil das so ist, fliegt man in dem besten Kompromiss aus Resttreibstoff, Geschwindigkeit, Eintrittswinkel und Reibung.

Und so macht man sich die Luftreibung eher noch als Bremse nutzbar.

Answer 3

Die Frage wurde so ähnlich hier schon mal gestellt, siehe unten

Answer 4

Also, diese Daumen Runter Amokläufer verstehe ich auch nicht, die meisten Antworten sind doch richtig.

Ich bring trotzdem mal meine Variante:

Um das Raumschiff in die Umlaufbahn zu bringen, muss ich potentielle Energie und kinetische Energe aufwänden und zwar insgesamt viel, was man an dem vielen Qualm beim Start sieht.

Das Raumschiff fligt die ersten 10 bis 20 Höhenkilometer noch so langsam, dass die Luftreibung keine starke Hitze erzeugt. Die Hitze ist am Auspuff.

Die hohen Geschwindigkeiten werden erst aufgenommen, wenn die Luftreibung schon klein ist. Bei erreichen der Endgeschwidigkeit ist die Atmosspäre schon längst verlassen.

Im Prinzip könnte man vor dem Wiedereintritt die Geschwindigkeit entsprechend verringern, aber das erfordert natürlich Energie, die man von zu Hause mitgebracht haben muss. Da sind warme Füße erheblich billiger.
Beim Wiedereintritt wird also die vorher mühsam aufgebrachte kinetische und potentielle Energie als Hitze verbraten.

Jemand ne Idee, wie man das recyclen könnte?

Answer 5

Beim Eintritt haben diese Körper eine Geschwindigkkeit die um 20000 - 30000 (oder mehr) km/h liegt. Bei derart hohen Geschwindigkeiten muss jede Menge Energie in Wärme umgewandelt werden bis sie auf die normalen Geschwindigkeiten innerhalb der Atmosphäre kommen.
zB:
maximalgeschwindigkeit beim freien Fall 200 km/h
Flugzeuge ~200 - 1000km/h

Auch Raumgfahrzeuge haben wenn sie starten eine Geschwindigkeit die nicht wesentlich höher ist. Die Gewindigkeiten 20000-30000 km/h bekommen sie erst ausserhalb der Athjmosphäre.

Answer 6

Weil die mit zunehmender Flughöhe schnell dünner werdende Atmosfäre auch die Zunahme der Geschwindigkeit begünstigt.

Answer 7

die reibung mit der erdatmosphäre besteht immer, sobald sich ein objekt in ihr bewegt.

aber die reibung ist von der geschwindigkeit abhängig: je höher die geschwindigkeit, desto höher die reibung.

beim austitt aus der atmosphäre muss die erdanziehungskraft überwunden werden - das ist nie schnell genug, um genügend hitze zu erzeugen.
beim eintritt hingegen wird das objekt von der erde angezogen und erfährt durch die erdbeschleunigung eine ungeheure geschwindigkeit - da wirkt sich die reibung extrem aus.
abgesehen davon wird die atmosphäre nach oben hin dünner, also auch die reibung weniger -> wenn also in den oberen schichten das objekt schnell genug wäre, um stark erhitzt zu werden, ist die dichte der atmospäre so gering, dass sie kaum noch reibung verursacht.

Answer 8

Der Grund ist, dass ein Raumschiff, wenn es die Erdatmosphäre verlässt, in eine Umgebung mit sehr geringer Dichte wechselt.
Die Reibung zwischen Raumschiff und seiner Umgebung VERRINGERT sich auf nahe Null, da sich das Schiff jetzt im Vakuum bewegt!

Im umgekehrten Fall NIMMT die Reibung schlagartig ZU, wenn das Raumschiff in die Erdatmosphäre eintritt.
Das Raumschiff wechselt von einem Vakuum in ein, bezogen auf das Vakuum, sehr dichtes Medium über. Diese starke Zunahme der Reibung erzeugt natürlich eine enorme Menge Wärmeenergie, deren Freisetzung man dann z.B. als Meteor beobachten kann.

Stell dir einmal vor, du nimmst einen flachen Stein und wirfst ihn in sehr spitzem Winkel in einen Teich. Der Stein wird einige Male von der Wasseroberfläche abprallen. Die Ursache ist auch hier der Dichteunterschied zwischen Wasser und Luft. Weiterhin sind auch Geschwindigkeit und Winkel von Bedeutung.

Versucht nun ein Raumschiff in einem zu spitzen Winkel in die Erdatmosphäre einzutreten, wird es einfach von der Atmosphäre abprallen, wie der Stein von der Wasseroberfläche.

Ich hoffe, ich konnte dir helfen.

Answer 9

Die Reibung tritt beim Austritt ebenfalls auf, allerdings ist die Rakete beim Austritt viel langsamer.

Puh, hab grade gesehen, dass meine Antwort vier mal mit einem "Daumen runter" bewertet wurde. Ich beginne ernsthaft an meinem Verstand zu zweifeln, würde aber gerne noch einen Versuch wagen, zu erklären, was ich damit meine:
Dass die Erdatmosphäre unterschiedlich dicht ist, stimmt natürlich, ebenso stimmt es, dass die Reibung mit der Dichte zunimmt, aber es ist doch unerheblich, da sowohl die abhebende als auch die zurückkehrende Rakete durch alle Schichten der Atmosphäre müssen, oder?
Also kommt es auf die Geschwindigkeit der Rakete an, welche beim Eintritt in die Atmosphäre viel größer ist als beim Austritt.

Zur Nachfrage, warum die Rakete dann nicht einfach abbremst: Dann müsste man zum einen zusätzlichen Treibstoff mit nach oben nehmen (was zusätzliches Gewicht bedeuten würde) und man müsste außerdem das Raumschiff drehen, um durch das Zünden der "Bremsraketen" abbremsen zu können (bzw. könnte man natürlich auch Triebwerke "verkehrt herum montieren, aber die wären dann aerodynamisch wieder unvorteilhaft, etc....)