Kunstmatige zwaartekracht

Renee stelde deze vraag op 30 mei 2006 om 20:23.

Als een astronaut een conserve-blikje meeneemt in de ruimte en die in het luchtledige een zetje geeft, blijft het blikje gewoon door en door 'vliegen' (als er geen ruimtepuin tegenaan vliegt o.i.d.). Daarom neem ik aan dat als de astronaut het blikje om zijn as laat tollen, het blikje gewoon door blijft tollen omdat het geen weerstand ondervindt.

Stel je voor dat de astronaut een vergelijkbaar voorwerp meebrengt, alleen dan vele malen groter; een blikje van enkele honderden meters in doorsnede, waarin zich een ruimtekolonie gaat vestigen. Men geeft het 'blikje' een zetje (ze hebben vast wel een paar stuurraketjes aan de buitenkant gemaakt) en daar tolt het al om zijn as. De mensen die in het blikje wonen ervaren een kunstmatige zwaartekracht, veroorzaakt door het rondtollen. Centrifugale kracht, toch? Maar er zijn een paar dingen die ik niet snap;

1) Berekeningen Hoe bereken je de sterkte van deze kracht (of eigenlijk de valversnelling als je je in het blikje bevindt) uit gegevens als de diameter van het blikje en de snelheid waarmee het ronddraait? M.a.w.; hoe reken je deze waarden uit als je een 'zwaartekracht' wilt ervaren die bijv. gelijk is aan 9,81 - wel zo comfortabel.

2) Energie In het blikje wordt een kunstmatige zwaartekracht gecreeerd, maar het lijkt net alsof je die gratis en voor niets krijgt, nadat je het blikje een zetje hebt gegeven. Maar dat kan toch helemaal niet? Waar komt die energie vandaan? Gaat het ruimtekolonie-blikje dan toch langzaam snelheid verminderen? Doet het conserve-blikje dat dan ook? Moet je constant het blikje draaiende houden?

3) Springen Voordat er lucht in het ruimtekolonie-blikje is gepompt, is de ruimte daarbinnen dus net zo vacuum als de ruimte rondom. Als je van de bodem 'afspringt', blijf je dan zweven? Nee toch, want je lichaam heeft toch net als het blikje de neiging om rechtdoor te gaan? Dus dan maakt het niet uit of er lucht in het 'blikje' zit, toch? En... land je vanzelf een stukje naar links of rechts als je springt?

4) Luchtdruk Stel dat het ruimtekolonie-blikje een inhoud van 1 km3 heeft. Je pompt precies 1 km3 lucht in een ruimtescheepje en pompt het vervolgens in de ruimtekolonie. Als je op de bodem (wand) staat, heb je minder lucht boven je als op aarde. Is de luchtdruk dan dus minder? Wat heeft dat voor effecten op je lichaam? Moet je de luchtdruk dan verhogen door er meer lucht in te stoppen?

Reacties

Melvin op 30 mei 2006 om 21:25

Beste Renee,

1) Het verschil tussen zwaartekracht voelen en versneld worden, kan je niet merken (dit is hetzelfde volgens Einsteins relativiteitstheorie). Er is een zekere versnelling nodig om je de cirkelvormige baan te laten houden. Dit is a = v²/r met a de versnelling, v de snelheid en r de straal van de baan. Als je deze versnelling 9.81 m/s² maakt, voel je het verschil dus niet met de huidige zwaartekracht. Bedenk wel dat r een redelijke grootte moet hebben (je wil dat de bovenkant van je lichaam ongeveer net zoveel zwaartekracht voelt als de onderkant, dus moet r veel groter zijn dan 2 meter). Hierdoor moet v aardig groot zijn, wil je de 9.81 m/s² halen.

2) Het feit dat er zwaartekracht is, wil niet zeggen dat je energie creëert. Als je in zo'n situatie iets laat vallen, kan je zeggen dat je energie erbij krijgt, maar dit vallen zorgt er wel voor dat het blikje minder hard gaat draaien. Dit komt door de wet van behoud van impulsmoment, waar de volgende situatie het bekende voorbeeld van is: Ga op een bureaustoel zitten en ga draaien met je armen dicht bij je lichaam. Als je nu je armen naar buiten steekt, ga je langzamer draaien.
Precies hetzelfde gebeurt nu ook; het ding 'valt' naar de buitenkant, maar het hele ruimteblik gaat langzamer draaien.

3) Het vacuum maakt voor gewichtsloosheid niets uit, omdat het er alleen voor zorgt dat er geen wrijving is. Verder wordt je ook door de zwaartekracht aangetrokken als je in de ruimte bent, maar je ruimteschip ook! Hierdoor heb je ten opzichte van je ruimteschip geen versnelling en ben je dus ten opzichte van je ruimteschip gewichtsloos. Als je in een vallende lift zit (afrader!) dan ben je ook even gewichtsloos.
Als je in het geval van een ronddraaiend blik springt, dan ben je dus even in een kleinere draaicirkel, terwijl je wel de voorwaartse snelheid hebt van de grote draaicirkel. Je gaat dus te snel voor die draaicirkel en zal dus verder op de grond komen dan waar je begon. (dit is een soort corioliskracht).



Zie hiervoor ook het tekeningetje hierboven, waarbij je kan berekenen dat het minder lang duurt om de rechte weg af te leggen dan de gebogen weg (zowel de weg is langer, als de snelheid minder), dus je komt voor het punt uit waar je vandaan sprong.

4) Van 1 km3 lucht is het niet duidelijk hoeveel lucht erin zit. Als je die hoeveelheid lucht van zeeniveau haalt, heb je 2x zoveel luchtmoleculen als wanneer je het van 8 km hoogte haalt. Als je de 1 km3 lucht van zeeniveau hebt gehaald en je stopt het weer in een ruimteblik met een inhoud van 1 km3, dan voel je gewoon de druk die je hier op zeeniveau voelt. Het punt is dat er een bepaalde hoeveelheid lucht per kubieke meter om je heen is. Als je dat kan doen door het ergens in te pompen en het daar te houden, is dat hetzelfde als wanneer er heel veel lucht bovenop drukt (zoals op aarde).

Zijn deze antwoorden afdoende?
Vriendelijke groet,
Melvin

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Ariane heeft twintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)