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Schwerkraft durch Rotation?

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  1. Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: maverick1977 24.11.17 - 12:34

    Warum wird nicht einfach ein Rundweg um die ISS gebaut, der sich dann um die Achse dreht? Damit sollte man doch eigentlich so etwas wie künstliche Schwerkraft erzeugen können, oder bin ich da Hollywood aufgesessen?

  2. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: My1 24.11.17 - 12:35

    rotationsbasierte schwerkraft hat vielleicht ihre eigenen probleme.

    Asperger inside(tm)

  3. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: PiranhA 24.11.17 - 12:39

    Ich glaub der Durchmesser müsste dazu schon deutlich größer sein, als bei der ISS.

  4. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: maverick1977 24.11.17 - 12:42

    Keine Ahnung. Bin ja kein Physiker... Deshalb dachte ich, ich werfe das mal hier rein. Irgend jemand hat mit Sicherheit mehr Ahnung von dem Thema, als ich Raumfahrt-DAU. :o)

  5. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: My1 24.11.17 - 12:46

    zumindest bei game theory gabs mal n video bzgl von ringen in halo wo es genau um das thema geht, wobei ich kein wissenschaftler bin also nix wirklich gut prüfen kann.

    Asperger inside(tm)

  6. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: tingelchen 24.11.17 - 13:14

    Das einzige Problem dabei ist, dass der Rotationskörper eine Unwucht bekommt. Was sich auf die Rotation auswirkt. Das gilt vor allem dann, wenn die Masse des Körpers selbst eher gering ist. Man brauch also einen Stabilisator.

    Ansonsten gibt es da aber keine Probleme. Es ist keine Schwerkraft wie auf der Erde. Fühlt sich aber genau so an. Die verschiedenen Kräfte werden in der Schwerelosigkeit nicht außer kraft gesetzt ;)

    Die ISS ist allerdings als Zentrum untauglich. Der ganze Aufbau sowie Masse und Stabilität reichen für eine solche Aktion nicht. Da muss man schon was eigenständiges zusammen bauen.

  7. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: My1 24.11.17 - 13:24

    das problem ist aber auch was passiert wenn man den boden verlässt. wenn die schwerkraft nämlich nach außen also fliehkraftmäßig läuft (damit man die rotation nicht dauerhaft beschleunigen muss) hast du womöglich ein problem wenn du den boden nicht mehr berührst.

    Asperger inside(tm)

  8. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: maverick1977 24.11.17 - 13:32

    Glaube ich nicht. Wenn Du auf einer beschleunigten Plattform springst, wirst Du ja durch gewisse Massenträgheit erst einmal weiter in die gewohnte Richtung geschleudert und somit nach außen gedrückt. Ansonsten... Die nächste Wand hält Dich bestimmt auf und sorgt dafür, dass du dich wieder mit drehst. Schlägst also erst an und dann auf. :-D

  9. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: tingelchen 24.11.17 - 13:41

    Richtig. Der Körper der sich innerhalb des Rotationskörpers befindet, wird ebenfalls in eine Rotationsbewegung versetzt. Wenn du also springst, dann springst du nicht einfach nach oben. Sondern immer auch in Richtung der Rotation.

    Das ist im übrigen auf der Erde nicht anders. Wenn du auf der Erde springst, dann dreht sich die Erde unter dir nicht weg. Sondern du drehst dich mit der Erde mit ;)

  10. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: Theoretiker 24.11.17 - 13:42

    Man könnte auch die komplette ISS in Rotation versetzen. Dann kann man ganz außen die gewünschte Beschleunigung erreichen, die einen auf den »Boden« drückt. Das Problem ist nur, dass in der Mitter der ISS die »Schwerkraft« dann aufhört.

    Und auf die ganze ISS wirkt dann ein enormer Zug, die ist vielleicht nicht dafür ausgelegt. Zudem führt die Rotation dazu, dass man die Antenne noch mehr nachführen muss als bisher schon. Und ich weiß nicht, ob der Drehimpuls der ISS dann irgendwie den Orbit stören würde.

  11. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: Bigfoo29 24.11.17 - 13:47

    Die Grundfrage hatte ich mir auch gestellt. Schlüssige Antwort. Danke :)

    Wobei die naheliegende Antwort "Dann sammeln wir halt genug Schrott, bis die Masse der Achse groß genug ist, um die Rotation zu stabilisieren" auch trügerisch ist. Jedes kg mehr Masse der Station bedeutet mehr nötige Kraft für Korrektur-Manöver der Station.

    Andererseits könnte man mit einem Ausgleichssystem im Ring arbeiten (ähnlich wie Flugzeuge ihre Fluglage trimmen). Die Unwucht könnte man ja über Sensoren erfassen. Notfalls, indem man die beweglichen Objekte erfasst und auf der Gegenkraft-Seite die entsprechenden (Flüssigkeits-)Massen verschiebt. (Ich stelle mir da ein Druckspeicher-System mit variablem Luftsack-Volumen vor, der die Wassermengen an die jeweils benötigen Stellen drängt - bzw. am Zielsektor den Druck aus dem Luftsack etwas ablässt.

    Dass man in einer Rotationszentrale nicht zwingend eine hohe Masse braucht, um sie stabil zu halten, zeigt ja z.B. das Speichenrad. Ist das gut ausgewuchtet, läuft das auch mit der minimalen Achsmasse (und auch ohne Aufhängung) lange gleichförmig.

    Regards.

  12. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: My1 24.11.17 - 13:57

    tingelchen schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Richtig. Der Körper der sich innerhalb des Rotationskörpers befindet, wird
    > ebenfalls in eine Rotationsbewegung versetzt. Wenn du also springst, dann
    > springst du nicht einfach nach oben. Sondern immer auch in Richtung der
    > Rotation.
    >
    > Das ist im übrigen auf der Erde nicht anders. Wenn du auf der Erde
    > springst, dann dreht sich die Erde unter dir nicht weg. Sondern du drehst
    > dich mit der Erde mit ;)

    das problem ist aber auch das runterkommen... immer erst über ne wand ist mMn suboptimal

    Asperger inside(tm)

  13. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: igor37 24.11.17 - 13:57

    Der YT-Kanal PBS SpaceTime hat genau dazu einmal ein interessantes Video gemacht. Ich habe die ganzen Details nicht mehr im Kopf, aber es gibt da durchaus einige Probleme wenn es um kleinere entsprechende Strukturen geht, und deutlich größere sind mit heutigen Materialien nicht möglich.

  14. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: Bigfoo29 24.11.17 - 13:57

    Die Rotation sollte, wenn sie denn kraftneutral ist (ergo keine Unwuchten auftreten), die Lage im Raum nicht verändern. Auch kann man, wenn die Rotation im 90°-Winkel zur Flugbahn verläuft, noch normal beschleunigen/abbremsen. Lediglich eine Achsveränderung (die bei solchen Objekten aber eh eher nicht stattfinden sollte) würde wegen der Gegenkräfte schwieriger werden.

    Das Zentrum der ISS würde natürlich weiterhin schwerelos bleiben. Aber es stellte sich die Frage, ob man das nicht sogar nutzen könnte, um eben dort Schwerelosigkeitsarbeiten durchzuführen und die normalen, der menschlichen Physiologie eher gerecht werdenden Tätigkeiten (sprich: alles, wo Schwerkraft nicht zwingend von Vorteil ist) in den Ring verlagern.

    Die Antennen kann man ja weiterhin in der Ringzentrale ("alte ISS") stationiert lassen. Damit hat man weiterhin den zentralen Anlaufpunkt (an den auch Schiffe docken würden) und dennoch die Vorteile einer Art Schwerkraft.

    Allerdings auch wahr: Die Kräfte, die auf so ein Rotationskonstrukt wirken, sind gigantisch. Spätestens, wenn dank Beschleunigung (oder Abbremsen) der ISS Torsionskräfte entstehen.

    Regards.

  15. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: Bigfoo29 24.11.17 - 14:01

    Du kommst ja wieder runter. Nur, weil Du für ein paar Sekunden nicht mit dem Boden des Rotationskörpers verbunden bist, heißt das nicht, dass die auf Dich wirkenden Fliehkräfte (durch die Rotation) nicht mehr gelten. Du bist weiter in Rotation. Dafür sorgt die Trägheit, die Dich, wie in der bisherigen Rotation auch, "nach vorne" (oder hinten oder seitwärts oder wie auch immer) bewegt. Selbst, wenn Du im gleichen Moment nach oben beschleunigst. Und diese Trägheit der vortwärts-Rotation drückt Dich wieder runter. Spätestens die Dich umgebende Luft wird dafür sorgen, dass Du weiterhin in der Rotation der Station bleiben würdest.

    Regards.

  16. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: arthurdont 24.11.17 - 14:39

    tingelchen schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ansonsten gibt es da aber keine Probleme. Es ist keine Schwerkraft wie auf
    > der Erde. Fühlt sich aber genau so an. Die verschiedenen Kräfte werden in
    > der Schwerelosigkeit nicht außer kraft gesetzt ;)

    Der Teigling würde das wahrscheinlich so sehen, ja. Dem Astronaut würde aber buchstäblich das Kotzen kommen. Von wegen "fühlt sich gleich an"...

  17. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: ashahaghdsa 24.11.17 - 14:46

    Die "Rotationsträgheit" wirkt meiner Meinung nach nicht auf den Menschen in der Station. Beim Hammerweitwurf fliegt der Hammer auch nur geradeaus, obwohl er vor dem Loslassen auf eine Kreisbahn gezwungen wurde.

    Wenn du gegen die Drehrichtung läufst, dann wirst du leichter, schnell genug und du fängst an zu schweben. Läufst du mit der Drehrichtung wirst du schwerer.
    Wenn der Radius klein ist, dann ist dein Kopf auch deutlich leichter, als die Füße.

    Wenn der Radius zu klein ist, dann fühlt sich das alles andere als normal an.

  18. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: rolfanders 24.11.17 - 15:19

    Was passiert denn, wenn ich entgegen der Rotation laufe? Heb ich dann ab? Sowas sollte man wirklich mal ausprobieren, das hört sich lustig an :-)

  19. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: Theoretiker 24.11.17 - 15:30

    Man muss sich hier entscheiden, ob man das ganze im rotierenden oder im stationären Bezugssystem betrachten möchte. Man kann beides konsistent machen, man muss nur aufpassen.

    Im stationären System hat man keine Fliehkräfte. Durch die Reibung am Boden wird der Astronaut im Ring mitgerissen. Wie beim Hammerweitwurf möchte sich der Astronaut eigentlich auf einer geraden Linie bewegen. Dort ist dann aber die Außenwand des Rings im Weg, diese drückt ihn wieder auf die Kreisbahn. Der Astronaut nimmt dies als Schwerkraft wahr. Wenn plötzlich der Boden reißt, fliegt er analog des Hammers in einer geraden Linie weiter.

    Im rotierenden System gibt es die Fliehkräfte. Dadurch wird er nach unten gedrückt.

    Gehen wir nochmal in das stationäre System. Wenn der Astronaut hier hochspringt, ist seine Bewegung eine Überlagerung der geraden Linie von vorher und einer Bewegung zum Rotationszentrum. Zusammen ist das eine andere gerade Linie, die irgendwann wieder den Ring schneidet. Dort trifft er dann wieder auf den Ring. Im Flug ist er natürlich schwerelos, das ist aber auf der Erde auch so.

    Möchte man den Sprung im bewegten Bezugssystem anschauen, kommt hier noch die Corioliskraft dazu. Das wird dann etwas komplexer.

    Analog dazu kann man sich vorstellen, dass man in einem nach unten fahrenden Aufzug hochspringt. Im Flug ist man natürlich schwerelos, aber man ist durch einen kleinen Sprung alleine nicht komplett vom Aufzug entkoppelt. Im rotierenden Ring müsste man so stark in die rückwärtige Richtung springen, dass man seine Bewegung entlang des Rings komplett aufhebt und noch vom Boden weggkommt.

    Angenommen der Radius dieses Rings ist 10 Meter. Wir wollen eine Schwerkraft wie auf der Erde erzeugen. Daher brauchen wir eine Zentrifugalbeschleunigung von 10 m/s². Zentrifugalbeschleunigung ist

    a = v^2 / r = omega^2 r.

    Einsetzen ergibt dann ein omega = 1/s. Das bedeutet, dass ein voller Umlauf nur etwas mehr als 6 Sekunden dauert. Das kommt mir was zu schnell vor, um praktikabel zu sein. Die Tangentialgeschwindigkeit ist dann v = omega r = 10 m/s = 36 km/h. Um komplett schwerelos zu werden, müsste man mit einem Sprung so schnell werden. Das halte ich für recht schwer.

    Bei beliebigem r haben wir omega = sqrt(a / r) und v = sqrt(a r). Je größer die Station also wird, desto schneller muss man springen. Wird der Radius immer kleiner, so darf man aber auch nicht vergessen, dann an Kopf und Fuß dann unterschiedliche Zentrifugalbeschleunigungen wirken.

    Von daher ist bei einem realistischen Fall (omega sollte ja möglichst klein sein, also r möglichst groß) davon auszugehen, dass man nicht schnell genug springen kann.

  20. Re: Schwerkraft durch Rotation?

    Autor: George99 24.11.17 - 15:37

    maverick1977 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Warum wird nicht einfach ein Rundweg um die ISS gebaut, der sich dann um
    > die Achse dreht? Damit sollte man doch eigentlich so etwas wie künstliche
    > Schwerkraft erzeugen können, oder bin ich da Hollywood aufgesessen?

    Das ganze Rad müsste aber schon sehr sehr groß sein, damit das Schwerkraft an der Stelle, wo du stehst, auch einigermaßen homogen ist und andererseits die Drehfrequenz niedrig genug ist, damit du nicht gleich kotzen musst, wenn du rausguckst.

    Andocken der Versorgungsschiffe ist auch komplizierter. Die müssten sich ja der Rotation anpassen, um an der Radnabe andocken zu können, die Astronauten in den Schiffen säßen aber dabei fast genau auf der Rotationsachse. Mir wird bereits von der Vorstellung leicht übel, ich wäre auch ein schlechter Astronaut :D

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