Gravitation durch Rotation ?

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  • Tach, Männer und Männinnen ! ;)


    Ein immer wieder beliebtes Bild in SF-Filmen, bei Designstudien und auch in Büchern: Gerade keine Schwerkraft zur Hand - also machen wir uns halt welche, indem wir ein Objekt in Rotation versetzen und uns an der Innenseite seiner Außenfläche aufhalten.
    So, als versetzte man eine große Tonne um ihre Längsachse in Rotation und stellte sich von innen auf die Außenwand.
    Kennt man, hat der Eine oder Andere auch schon ausprobiert - es gab früher ja mal den "Rotor" auf der Kirmes. Vielleicht gibt's den ja heute auch noch.


    Nun bin aber der Meinung, dass dieser Lösungsansatz zum Erzeugen von Schwerkraft im All Blödsinn ist.
    Ich nehme nämlich an: Sobald ich hochspringe, komme ich nicht mehr auf den Boden zurück, weil die Zentrifugal- oder Fliehkraft dann nicht mehr auf mich wirken kann. Dann eiere ich durch die Luft, bis ich wieder an etwas gerate, das brav rotiert.
    Maximal treibe ich in Rotationsrichtung ab, wenn ich senkrecht nach oben hüpfe, das war's aber.


    Eure Meinungen ? ;)


    <font color="limegreen">Aus dem OT verschoben von Caro</font id="limegreen">

  • Nur etwas hochspringen, schaltet die Fliehkraft nicht aus. Es kommt auf die Walzengröße(Durchmesser), Sprunggeschwindigkeit etc. an.
    Gruß Armin

  • Hi Jörn_C


    Beim Absprung bist Du ja auch durch die Rotation des Zylinders in Bewegung. Du springst also nicht senkrecht hoch, sonderm mit einer tangentialen Komponente. Im Sprung wirst Du dann (relativ zum Außenraum) annähernd Kräfterfrei in einer geraden Linie 'fliegen', die irgendwann wieder die Wand trifft. Gefühlt sieht das (fast) so aus, wie die übliche Wurfparabel. Ein interessantes Gedankenexperiment ist es, anzunehmen daß Du in einem clever berechneten Winkel abspringst, dessen tangentiale Komponente die Rotationsgeschwindigkeit kompensiert. Bei so einem 'schiefen' Absprung würdest Du (ziemlich unerwartet) dann schön langsam zur Rotationsachse des Zylinders driften. Da hört halt die Äquivalenz von Gravitation und beschleunigter Bewegung (im Kreis) auf. Einstein hat nie was von Kreisbewegung gesagt, als er das Äquivalenzprinzip aufgeschrieben hat.


    Happy Jumping,
    Gert

  • Nun,
    gänzlich falsch ist das ja nicht. Rotation speichert Energie und gemäß E=mc² ist das aquivalent zu Masse. Die Gravitation nimmt also zu. Aber das ist nicht das, was Du vielleicht meinst. [;)]


    Gruß


    PS:
    Wenn Du ein nicht rotierenden Koordinatensystem als Maßstab nimmst, dann setzt sich Deine "Absprungsrichtung" aus der Rotation an der Oberfläche und dem eigentlichen "Absprung" zusammen. Je nach Absprungskraft ist das eine Flugparabel, eine Ellipse (Umrundung) oder eine Hyperbel (Wegflug). Das Stichwort dazu heißt "Fluchtgeschwindigkeit". (Das gilt z.B. für Himmelskörper)


    Das Prinzip mit dem "Rotor" funktioniert. Auch im Weltraum. Es gibt aber eine Besonderheit. Wenn man auf der Rotorwand steht (weil keine Erdschwerkraft zusätzlich wirkt, geht das), dann wirkt auf den Kopf eine geringe Kraft als an den Füßen, weil der Kopf näher zum Zentrum ist. Das ruft Schwindelgefühle hervor. Die Rotorinnenwand muss also recht groß gewählt werden.
    Vereinfachend nimmt man an, dass das Rotor-Gebilde selbst keine Masse hat, die "Schwerkraft" hervorrufen kann, dann sind die Bewegungungen und Sprünge innerhalb des Gebildes ganz einfache Überlagerungen der "Eigenbewegung" und der "Rotor-Rotation".


    Beispeil: Ein Rotor mit 100m Durchmesser bewegt sich in einer Minute einmal um sich selbst. D.h.
    Radius = 50 m,
    Umfang = 314 m
    Geschwindigkeit der Wand = 314m/60 = 5,2 m/s (Tangential)


    Wer also mit 5,2 m/s abspringt (scheinbar senkrecht) bewegt sich (aus Sicht eines sog. ruhenden Systems) in einem 45°-Winkel vom Boden weg. Und zwar geradlinig, bis er die Wand woanders wieder trifft. Das ist somit ein Sehnenschnitt als Flugbahn.


    Hier eine Skizze:



    Wer das jetzt zu Ende rechnet, kommt auf eine Fluggeschwindigkeit von 5,2*1,41 = 7,38 m/s (Vektoriell die 'Diagonale'). Die Rotorwand bewegt sich weiterhin mit 5,2 m/s weiter. Die Sehne ist zudem kürzer als der Kreisbogen. Man landet somit vor dem Punkt, von dem man von der Rotorwand abgesprungen ist und die sich während der Flugphase weiterdreht.

  • Interessant ist dabei auch: läuft man in Walzendrehrichtung, addieren sich die Geschwindigkeiten und man wird schwerer. Umgekehrt, läuft man rückwärts wird man immer leichter. Läuft man dann so schnell zurück, dass man relativ zur Walze die negative Geschwindigkeit ihrer Umdrehung erreicht und damit im Raum ruht, dann wird man schwerelos. Die Walze dreht sich unter einem durch. Man muss nur auf Möbelstücke aufpassen, dass sie einem nicht in die Quere kommen...[:D]

  • Zu dem Umstand, dass man etwas vor seinem Absprung landet kommt noch dass man mit dem Oberkörper nach vorne geneigt zur Tangentiallinie landet. Man "kippt" beim Sprung relativ zur Radiallinie also nach vorne.
    Wollte man ähnlich landen wie man absprang, müsste man in so einem Scherkraftsimulator leicht nach rückwärts abspringen. Das werden die Personen jedoch schnell intuitiv erlernen, sofern sie nicht völlige Tollpatsche sind.[:D]


    Interessant wirds mit Kreiselmomenten bei überlagerten Rotationen in so einer Gravitationstrommel. Da zeigen sich dann die echten Knackpunkte einer solchen Schwerkraftsimulation über Trägheit. Da widersetzen sich nämlich schnell rotierende Massen dieser Trommelbewegung, vollziehen Präzessionsbewegungen oder machen machen Kippbewegunen in Richtungen 90° zu der Richtung in die man sie auslenkt...

  • Die Kids würden auch bei stehender Trommel ihren Spaß haben ;-).


    Haben die Jungs in Skylab in den 70ern nicht so was mal vorgeturnt? Ich meine da war was (der gute Kubrick hat das dann ja abgekupfert - oder war es umgekehrt?)


    CS, Walter

  • Mal nachgesehen, "2001: Odysse im Weltraum" erschien 1968. Bei Gemini 11 gabs man einen Versuch zur künstl. Gravitation in Verbindung mit dem Agena target vehicle.

  • Ebenfalls mal nachgesehen:

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    Skylab I = 1973, dann ist ja klar wer von wem "gelernt" hat ;)!

  • Ich erinnere mich an ähnliche Gedankenspiele schon um 1960. Also nix mit Kubrick. Damals waren schon alle zukünftigen Raumstationen in Rotation um Schwerkraft zu erzeugen.
    Merkwürdigerweise hat sich das in Praxis nicht durchgesetzt - ist wohl zu schwierig mit ankoppeln von anderen Raumfahrzeugen.

  • Moin zusammen!


    &gt; Ich erinnere mich an ähnliche Gedankenspiele schon um 1960. Also nix mit Kubrick. Damals waren schon alle zukünftigen Raumstationen in Rotation um Schwerkraft zu erzeugen.


    Es waren schon früher Überlegungen im Gange:


    "Hermann Oberth, „Vater der Weltraumfahrt“, hat bereits 1954 in seinem Buch Menschen im Weltraum – Neue Projekte für Raketen-und Raumfahrt, interstellare Reisen durchs All mit riesigen Wohnwalzen beschrieben. An eine Hohlkugel als Lebensraum dachte der Physiker Dr. John Desmond Bernal sogar bereits im Jahr 1929." (Wikipedia)


    "O'Neill-Kolonien" und der "Stanford-Torus" kamen gegen Mitte der 70ger auf. 1929 waren das die Bernal-Sphären. Arthur C. Clarke schrieb Rendezvous mit 31/439 im Jahr 1972.

  • Hallo!


    Natürlich wird diese Art der Erzeugung von künstlicher Schwerkraft gern in Filmen verwendet, weil so die Technik dem Zuschauer schnell erklärt werden kann. Kein Mensch möchte sich einen Film ansehen, in dem stundenlang nur über die physikalischen Aspekte der verwendeten Technik erzählt wird. Also nicht so eng sehen! [:)]

  • Eine Raumstation müsste wie ein Ring aussehen und ziemlich gross sein. Es wäre wohl viel einfacher an eine Raumstation ein langes Stahlseil zu befestigen, einen Kilometer lang vielleicht, und am anderen Ende eine zweite Raumstation, oder sonstiges Gegengewicht anzubringen.
    Dann kann man dieses System langsam in Rotation versetzen um Schwerkraft zu erzeugen. So lange dieses nichts stört, was im All anzunehmen ist würde es stabil weiter rotieren. Das Abbremsen müsste natürlich mit bedacht durchgeführt werden damit nichts ins Schlingern gerät. Für eine Reise zum Mars wäre das optimal!

  • Moin Live-C,
    abhängig von der Größe gibt es keine Vorschrift, wie sie aussehen muss. Auch eine Hammerform kann rotieren, was die Axtwerfer im Mittelalter wunderbar bewiesen haben. [;)]


    Stahlseil? ... das sind ja Methoden aus der Steinzeit [:)] Kohlefaser heißt das Material der Neuzeit ...


    Nachteil wäre, dass jemand die Raumstation verlassen muss, wenn er von A nach B wechseln möchte. In der Beschleunigungsphase braucht man die Raketenantriebe doppelt, da man das Seil schlecht als Abschleppseil im Abgasstrahl umfunktionieren kann. In der Zeit muss die Station nicht rotieren, man beschleunigt ja. Und wenn die Beschleunigung zu schwach ist, dann kann ein Seil die Rotation nicht vernünftig aufrechterhalten.


    Fazit: Es kommt auf viele andere Faktoren an, welche Form man idealer Weise nimmt.

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