De machine op de foto hieronder heeft veel weg van een martelwerktuig, maar gaat het hier om een van de acht modules van de nieuwe 3.500 m2 grote envihab research facility van het Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), volgens het instituut zelf een onderzoeksfaciliteit die uniek is in de wereld. Wetenschappers zullen in envihab de effecten van verschillende omstandigheden op astronauten onderzoeken.
Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
De module op de foto bevat een korte-armcentrifuge die een zwaartekracht tot 6 g kan simuleren. Het DLR wil hiermee de negatieve effecten onderzoeken die een langdurige blootstelling aan een lagere zwaartekracht hebben op het menselijk lichaam. Daar moet dan een programma uit voortkomen om deze effecten tegen te gaan.
De tweede module is het preventie- en rehabilitatielab, waar onderzoek wordt verricht naar de bloed- en zuurstofcirculatie in het menselijk lichaam onder verschillende atmosferische omstandigheden.
Daarnaast bevindt zich het slaap- en fysiologielab, waar studies worden verricht naar de effecten van het weken of maanden in bed liggen bij verschillende luchtsamenstellingen (de hypobarische kamer simuleert hoogtes tot 5.500 m), -vochtigheden, temperaturen en lichtintensiteiten en golflengtes. Hoewel dit onderzoek in eerste instantie niet gericht lijkt op astronauten, is het onderzoek wel degelijk van belang voor hen. `Astronauten zijn net zo goed arbeiders in ploegendienst als fabriekswerkers, of verpleegkundigen en dokters in de nachtdienst', aldus Rupert Gerzer, hoofd van het DLR insituut van lucht- en ruimtevaartgeneeskunde.
Neuroprocessen meten
Een derde module bevat een kamer met daarin een MRI-scanner met PET-mogelijkheden. Na afronding van een experiment kunnen hier bij proefpersonen bijvoorbeeld de effecten op de bloedtoevoer, vetophoping in het lichaam of neuroprocessen worden gemeten.
In het psychologielab bestuderen de onderzoekers de effecten van gesimuleerde situaties die zich voordoen bij een langere ruimtereis en in het biologielab wordt microbiologisch onderzoek gedaan naar onder meer microbiologische besmettingen van voorwerpen.
De zevende en achtste modules zijn het IT-centrum en het auditorium van de onderzoeksfaciliteit. Behalve wetenschappers en zakenlieden wil het DLR het auditorium ook gebruiken om het grote publiek voor te lichten over de activiteiten in envhihab.
Bron: Technisch weekblad, 18 juli 2013.
Op de foto is de ronddraaiende installatie te zien die in het artikel staat, met een levensgrote pop in. In het experiment neemt de astronaut de plaats van de pop in. Doordat de installatie ronddraait werken er krachten op de pop.
In de artikel staat dat hiermee een zwaartekracht van 6 g gesimuleerd kan worden.
Opgaven:
a) Hoe noemen we de kracht die dan in de centrifuge als middelpuntzoekende kracht op de astronaut werkt? In welke richting werkt die kracht?
b) Wat weet je van de richting van de gesimuleerde kracht?
c) Maak een schatting van de omlooptijd van deze centrifuge. Ga er van uit dat de genoemde versnelling werkt op het zwaartepunt van de pop. Haal de benodigde afmetingen uit de foto in figuur 1.
Uitwerking vraag (a)
Normaalkracht. Hij werkt op de voeten van de astronaut in horizontale richting.
Uitwerking vraag (b)
Deze werkt hier horizontaal in de richting van het middelpunt van de draaiende constructie.
Uitwerking vraag (c)
Als de pop een lengte heeft van 1,8 m, schat ik voor de straal van het midden van de pop 3 m.
Voor de middelpuntzoekende versnelling geldt:
a = v2 / r = 4π2r / T2
Invullen geeft:
6 = 4π23 / T2.
Dit levert T = 4,4 s.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
