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Thema: künstliche Schwerkraft durch Rotation?

  1. #1
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    Standard künstliche Schwerkraft durch Rotation?

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    Hallo Leute,

    ich habe Probleme mir vorzustellen, wie man in einem Raumschiff dauerhaft künstliche Schwerkraft durch Rotation erzeugen kann. Wenn ich es richtig verstanden habe, kann man doch Schwerkraft im All nur durch Ausnutzen der Masseträgheit simulieren, in dem man konstant beschleunigt, wobei die Trägheitskraft entgegengesetzt zur Beschleunigungsrichtung wirkt. Das bedeutet doch aber, dass Konzepte mit einem rotierenden Ring, wie beispielsweise in Kubricks "Odyssee im Weltraum", so garnicht funktionieren dürften. Wenn überhaupt, dann müsste man doch den Ring in Kammern unterteilen, wobei eine künstliche Schwerkraft nur an den der Drehbewegung entgegengesetzten Wänden spürbar wäre und auch nur dann, wenn sich der Ring beschleunigt dreht. Irgendwann ist aber auch hier das Maximum erreicht und man muss wieder konstant abbremsen - das was vorher Boden war ist nun Decke.
    Das Ringsegment durchlaufen, so wie im Film oder wie man sich das allgemeinhin vorstellt, geht garnicht. Einzige Möglichkeit ist eine Leiter, die man im Kreis klettern kann - oder? Hab ich hier einen Denkfehler?

    Viele Grüße
    AdMon

  2. #2
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    Standard

    Hallo AdMon,

    erst mal willkommen hier im Forum.
    Zitat Zitat von AdMon Beitrag anzeigen
    Hab ich hier einen Denkfehler?
    ja, den machst Du!

    Denk mal an das Gefühl, daß Du im Auto bei einer Kurve hast. Du wirst nach außen gedrückt, und zwar so lange, wie daß Auto in der Kurve die Fahrtrichtung ändert. Fährt es im Kreis, dann dauernd. Stell Dir zusätzlich vor, daß dabei die Erdanziehung nicht da ist. Dann wäre die Kurvenaußenseite 'unten'.

    Herzliche Grüße

    MAC

  3. #3
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    Standard

    Hi AdMon

    Du hast Dich vergalloppiert

    Dein in Kammern unterteilter Ring, der mit stets höherer Geschwindigkeit rotiert erzeugt gleich zwei "Schwerkraftfelder". Einmal drückt es dich gegen die seitliche Kammerwand (das ist der Effekt, den Du im Auge hast) aber zum Anderen drückt es dich auch gegen die Aussenseite des ringförmigen Raumschiffs. Das ist die schlichte Zentrifugalkraft.

    Wenn Du etwas aus der geraden Bewegungsrichtung ablenken willst, dann musst Du Kraft aufwenden. Genau das passiert bei der Kreisbewegung, denn dort wird das kreisende Objekt (z.B. der Astronaut) permanent aus seiner momentanen Bewegungsrichtung abgelenkt. Und wenn der Kreis schön rund ist und nicht etwa ein Ei (), dann ist die Kraft auch bei gleichmässiger Rotation schön konstant.

    Vielleicht kommst Du mal zu mir aufs Oktoberfest, da gibt es einige Fahrgeschäfte, welche die Zentrifugalkraft spektakulär veranschaulichen Das tollste war das Teufelsrad, eine etwa 10 Meter grosse rotierende Scheibe aus Parkettholz, auf der man so lange wie möglich sitzen bleiben soll ... bis es einen von der Scheibe schleudert. Oder der Rotor: Eine überdimensionale rotierende Raviolidose, in die man einsteigt. Nachdem sie sich dann zu drehen angefangen hat weicht der Boden unter den Füssen weg und man "pappt" an der Dosenwand
    Geändert von jonas (21.02.2007 um 22:14 Uhr)

  4. #4
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    Standard ok

    Hallo Mac, hallo Jonas,

    danke für das nachträgliche Willkommen und eure Antworten,

    ja, Fliehkraft ist schon klar, aber wann setzt die ein? Ich könnte mich doch schwebend bis auf Milimeterabstand der sich rotierenden Innenenhaut nähern und sehen, wie die Hülle des Rings an mir vorbeizieht. Wenn ich jetzt den Finger ausstrecke und die an mir vorbeiziehende Wand berühre, würde sich ein geringer Teil der Kraft auf mich übertragen und ich würde eine Axialbewegung machen, aber keinesfalls schlagartig gegen die Hülle, dann Boden gedrückt!? Auf der Erde allerdings erfahre ich ja schon eine Beschleunigung, die mich sozusagen an das kraftübertragende Medium bindet. Im All habe ich das aber nicht, denn da befinde ich mich relativ zum Raumschiff und somit auch zu einem rotierenden Ring in Ruhe. Ich bräuchte also sozusagen erst eine entsprechend große Initialbeschleunigung die mich mit ausreichender Kraft gegen die Wand drückt und dann genug Haftung, damit sich die Wand nicht unter, neben, über oder an mir vorbeidreht und ich nur Purzelbäume mache.
    Ich benöge also erstmal eine stabilisierende Vorrichtung, die mich an die Drehbewegung "anpasst", um dann der Auswirkung der Fliehkraft kontrolliert begegnen zu können.
    Richtig?

    Grüße AdMon

  5. #5
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    Standard

    Hallo AdMon,

    stimmt! Auch das war schön bei 2001 zu sehen. Du mußt mit der Außenwand, die dann der 'Fußboden' ist, mitrotieren. Damit Dir dabei nicht kotzübel wird, muß der Durchmesser dieses 'Rades' ziemlich groß sein, oder z.B. Zwei Zylinder, die durch ein langes Seil verbunden sind und umeinander herum wirbeln.

    Herzliche Grüße

    MAC

  6. #6
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    Standard

    .... muss mir den Film wohl nochmal anschauen.

    Danke!

  7. #7
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    Standard wie schnell?

    Hallo

    ähm, nachdem ich mich nun, durch mangelndes Wissen über die Erzeugung künstlicher Gravitation durch Rotation, etwas blamiert habe, würde ich nun auch noch gern wissen, wie schnell sich ein Ring, von sagen wir mal 50m Durchmesser, drehen müsste, um 1 g zu erzeugen.
    Ich schätze, dass die gleichmäßige Ablenkung von der Fluchtrichtung bei ca 10m/s Drehgeschwindigkeit etwa 1/3 g bringt (in Abhängigkeit vom Durchmesser und damit dem Ablenkungswinkel).

    Kennt jemand die Formel nachder man das genau ausrechnen kann?


    Ich danke euch!

  8. #8
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    Standard

    Hi AdMon
    Die Formel findest Du in Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/zentripetalkraft

    Also entweder: F=m*v^2/r
    mit m= Masse des körpers, v= Geschwindigkeit auf der Kreisbahn und r= Radius
    oder: F=m*[omega]^2*r
    mit omega=Winkelgeschwindigkeit (Hinweis: omega ist bei einer vollen Umdrehung pro Sekunde=2*pi)

    Wie geht es nun weiter?
    Links soll 1g resultieren. Für 1 kg Masse wirkt bei 1g eine Kraft von 9,81 Newton. Also liegt setzt man in die Formel die Masse 1 kg ein, für F: 9,81 N. Den Radius von 25 metern ist durch Deine Annahme festgelegt. Jetzt nur noch die Formel nach omega auflösen und Wurzel ziehen:
    omega=sqrt(F/(m*r))=sqrt(9,81 kg m/s^2/(1 kg*25 m))=0,6264 s^-1

    Um es in Umdrehungen pro Sekunde auszudrücken, müssen die 0,6 noch durch 2pi dividiert werden. In U/s sind es also 0,09969

    Also ca. 0,1 Umdrehungen pro Sekunde (bzw. einer Umdrehung in 10 sekunden) in einem Kreisel von 25 Metern Radius erzeugen 1g.

    In der Hoffnung mich nicht verrechnet zu haben
    Grüsse
    Jonas
    Geändert von jonas (27.02.2007 um 13:28 Uhr)

  9. #9
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    Standard uii

    Hi Jonas,

    das ging ja schnell - ich danke Dir vielmals!

    Das entspricht bei einer Umdrehung in 10s, etwa 15,7 m/s.
    Wenn man den Radius nun verdoppelt, kommt man auf eine Umdrehung in 14,2 s was wiederum 22,15 m/s entspricht.
    Das Verhältnis zwischen r und U/s für 1 g wird nun deutlich - die Auswirkung des Radius auf die Drehgeschwindigkeit ist aber bei weitem nicht so groß, wie ich erst annahm. Ich denke, bei der Konstruktion eines solchen Raumschiffs wird dann wohl eher auf die Kosten geachtet, als auf den Brechreiz.

    Danke nochmal!

    Gruß AdMon

  10. #10
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    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Damit Dir dabei nicht kotzübel wird, muß der Durchmesser dieses 'Rades' ziemlich groß sein, oder z.B. Zwei Zylinder, die durch ein langes Seil verbunden sind und umeinander herum wirbeln.
    MAC
    Hallo Mac,

    damit könnte man zwar einen großen Durchmesser bei relativ geringen Kosten realisieren, aber Navigation dürfte doch ziemlich schwierig werden. Selbst im stationären Umlauf sind Korrekturen notwendig - wie bewerkstelligt man das mit so einem Gebilde?

    Gruß AdMon

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