Hallo zusammen
Jetzt hat die NASA, ESA und JAXA ein tolles Projekt gestartet.
Schüler, welche eine tolle Idee für ein wissenschaftliches Experiment in der Schwerelosigkeit haben, können einen kurzen Film darüber drehen, auf den Kanal von spacelab auf Youtube stellen. Das Gewinnerexperiment wird dann auf der ISS durchgeführt.
Mehr Infos findet ihr auf diesen Seiten:
ESA
Kanal von spacelab auf Youtube
Astrodicticum simplex

Also: Ran an die Notizblöcke=)

Liebe Grüsse
Melina

Hallo Melina,

wieder mal ein sehr gutes Beispiel, wie man Youtube und Co. auch für sinnvolle Zwecke nutzen kann

Hast du dir auch schon etwas überlegt? Viel Zeit bleibt ja nicht mehr.

ESA hat gesagt

Schüler können bis zum 7. Dezember 2011 ein zweiminütiges Video einreichen.

Liebe Grüße

Falko

Hallo Falko
Die Ganze Zeit schon suche ich ein Experiment, grüble darüber nach, aber nichts fällt mir ein
Ich hoffe, es macht noch *BLING* bis zum 7. Dezember…
Aber auch sonst wird es sicherlich spannend die Experimente anzuschauen, die andere einschicken…
Weiss jemand, ob es ein Experiment sein muss, das noch nie durchgeführt wurde. Also man weiss ja z.B. dass Pflanzen auch in der Schwerelosigkeit wachsen können. Dürfte man dann ein Experiment durchführen, das zeigen soll, ob sie in der Schwerelosigkeit wachsen können? (Ich will nicht ein solches Experiment einschicken, aber das war das erste Beispie, das mir in den Sinn kam).
Liebe Grüsse
Melina

Hallo zusammen!
Als Idee für ein Experimentist mir folgendes eingefallen:
Kann man künstliche Schwerkraft im All simulieren?
Die Antwort darauf gibt es eigentlich schon, sie ist nämlich JA. Doch es gibt auch gewisse Nachteile.
Der eine Nachteil ist, dass der Boden einem unter den Füssen wegrollen würde. Ein anderer Nachteil ist der Treibstoffverbrauch. Um eine Raumstation (oder ein Raumschiff) in eine Drehung zu versetzen benötigt man sehr viel Treibstoff. Es gibt natürlich noch andere Probleme.
Meine Idee für das Experiment war deshalb diese beiden Probleme zu "vernichten". Ich habe keine Ahnung ob meine Methode funktioniert oder nicht.
Aber hat es überhaupt Sinn, dieses Experiment vorzuschlagen? Weil es gibt ja immer noch andere Probleme.

Liebe Grüsse
Melina

Hallo Melina,

klingt doch schon mal garnicht so übel. Ich habe mich selber allerdings bisher noch garnicht weiter mit künstlicher Schwerkraft befasst. Wie möchtest du die Probleme denn "vernichten". Hast du schon konkrete Ansätze/Ideen? Wie soll denn der Versuchsaufbau aussehen? Wird doch sicher nicht ganz einfach?

Liebe Grüße
Falko

Es war wohl doch nichts =D Ich habe mir meine Ideen nochmals überlegt und gemerkt, dass das gar nicht geht. Um den Treibstoffverbrauch zu verringern wollte ich das ganze wie einen Radiometer antreiben. Doch das würde sich wohl viel zu langsam drehen.
Gegen das ständige "Boden-unter-den-Füsse-verlieren" hatte ich folgende Idee: Die "Station" selber dreht (oder im Experiment eben ein Kreis) und dann ist darin ein Boden auf Räder. Dieser Boden wird genau gleich schnell gedreht wie die Station nur in die entgegengesetzte Richtung. Doch das bringt ja nichts…
Also stehe ich wieder ganz am Anfang und ohne Idee…
Liebe Grüsse
Lulu

Hallo Melina,

entschuldige, ich hab mich in letzter Zeit etwas rar gemacht. Ich hab mich jetzt nochmal ganz kurz ins Thema eingelesen.

Tolle Idee mit dem Radiometer Man müsste wohl erstmal nachrechnen, bevor man die Sache gleich wieder verwirft. Ich würde mal den (zunächst ganz einfachen) Anfang machen, was mit dem Radiometer selbst erstmal noch nichts zu tun hat. Mal angenommen wir haben eine ringförmige Raumstation mit einem Außenradius [math]r_A = 50 m[/math].



Zuerst mal wollen wir wissen, wie schnell sich diese Station drehen müsste, damit die roten Männchen an der Außenwand entlang laufen könnten und dabei (zumindest mit ihren Füßen) etwa Erdbeschleunigung erfahren. Die Rotationsgeschwindigkeit ergäbe sich zu [math]v_{Rot} = \sqrt{a_R \over r_A} = \sqrt{9,81 \over 50} {m \over s} = 0,4429 {m \over s}[/math], wobei Radialbeschleunigung [math]a_R[/math] = Erdbeschleunigung [math]g[/math]. Es gilt [math]v_{Rot} = 2 \cdot \pi \cdot f[/math]. Somit ergibt sich: [math]f = 0,0705 {1 \over s}[/math]. Die Umdrehungszeit wäre dann [math]T= {1 \over f} = 14,18 s[/math]. Also müsste sich die Station innerhalb von ca. 14 Sekunden einmal um ihre eigene Achse drehen, damit an der Außenwand etwa Erdschwerkraft simuliert wird. Nun müsste man nur noch überlegen, ob sich das mit einem dem Radiometer ähnlichen Aufbau irgendwie realisieren ließe. Weil ich mathematisch / physikalisch allerdings nicht so begabt bin, überlasse ich das gern jemand anderem

Übrigens: Falls sich jemand über die Formeldarstellung wundert, die habe ich gerade mit eingebunden
Erläuterungen dazu findet ihr hier.

Wegen dem "Boden-unter-den-Füßen-verlieren": Ist das wirklich so schlimm? Ich habe mir das eigentlich immer so vorgestellt, dass man einfach ganz normal, so wie oben dargestellt, an den Wänden / auf dem Fußboden entlang laufen kann.

Hab auch noch etwas interessantes gefunden:

Deutsche Raumfahrt Gesellschaft: Künstliche Schwerkraft hat gesagt

Solange die Rotationszeit eines großen Wohnzylinders nur größer ist als zweieinhalb oder drei Minuten, bleiben die Gezeitenkräfte, (d.h. die Gravitationsunterschiede zwischen Scheitel und Fußsohle eines 1.80 m großen Menschen), nahezu unmerklich. Auch die Corioliskräfte (eigentlich sind es nur Scheinkräfte), die wirken, wenn ein Bewohner eines Habitats sich z.B. senkrecht zur Rotationsachse bewegt, wären bei diesem Konzept zwar meßbar, aber nicht spürbar.

Aber: damit bei einer langsamen Umdrehung innerhalb von drei Minuten, trotzdem eine normale Schwerkraft von 1 g auftritt, müßte der Radius eines solchen Wohnzylinders ca. 3 km betragen, der Durchmesser also 6 km!

Weiß denn jemand, was die Gravitatationsunterschiede zwischen Scheitel und Fußsohle für "Nebenwirkungen" hätten. Kann mir das gerade nicht so richtig vorstellen

Liebe Grüße
Falko

Vielleicht ähnliches, wie Schwerelosigkeit, nur etwas verringert? Also größerer Anteil des Bluts im Kopf, Orientierungsprobleme, anfangs Übelkeit,…?

Hallo Falko
Vielen Dank für deine Hilfe.
Ich habe in letzter Zeit eigentlich den Gedanken ans Space Lab verloren. Hab halt auch nicht mehr so viel Zeit wie damals als ich den Beitrag geschrieben habe und Ferien hatte
Jetzt gibt es nur noch ein Problem. Du hast hier eigentlich die ganze Arbeit geleistet mich nachrechnen etc., weshalb eigentlich du das mitmachen solltest  
Weiss eigentlich jemand, wie und woman die bereits eingesandten Videos anschauen kann?
Liebe Grüsse
Melina

Falko hat gesagt

Mal angenommen wir haben eine ringförmige Raumstation mit einem Außenradius [math]r_A = 50 m[/math].



Zuerst mal wollen wir wissen, wie schnell sich diese Station drehen müsste, damit die roten Männchen an der Außenwand entlang laufen könnten und dabei (zumindest mit ihren Füßen) etwa Erdbeschleunigung erfahren. Die Rotationsgeschwindigkeit ergäbe sich zu [math]v_{Rot} = \sqrt{a_R \over r_A} = \sqrt{9,81 \over 50} {m \over s} = 0,4429 {m \over s}[/math], wobei Radialbeschleunigung [math]a_R[/math] = Erdbeschleunigung [math]g[/math]. Es gilt [math]v_{Rot} = 2 \cdot \pi \cdot f[/math]. Somit ergibt sich: [math]f = 0,0705 {1 \over s}[/math]. Die Umdrehungszeit wäre dann [math]T= {1 \over f} = 14,18 s[/math]. Also müsste sich die Station innerhalb von ca. 14 Sekunden einmal um ihre eigene Achse drehen, damit an der Außenwand etwa Erdschwerkraft simuliert wird.

Jetzt kommt mal eine Hohlkopffrage… Ich komme bei dieser Formel nicht nach. Weisst du eine Seite, wo sie beschrieben wird?
Vielen Dank
Liebe Grüsse
Melina

Also mit [math]\nu_{rot}[/math] ist wohl die Winkelgeschwindigkeit/Kreisfrequenz gemeint. Oft findet man das auch als [math]\omega[/math] bezeichnet. Die Formel lässt sich einfach aus der Zentripetalbeschleunigung herleiten: [math]a_R=\nu_{rot}^2\cdot r=\frac{v^2}{r}[/math]. Das Umformen solltest du hinkriegen.

Die Umdrehungszeit und Frequenz bekommst du aus [math]\nu_{rot}=\frac{\Delta\varphi}{\Delta t}=\frac{2\Pi}{T}=2\Pi\cdot f[/math]. Klar?

Was bedeutet denn in der Formel rA (bei aR/rA)? Berechnet diese Formel die Zentrifugalkraft oder die Zentripetalkraft?

Ich hab jetzt mal eine Brechnun gemacht, weiss aber nicht ob sie stimmt.
Das Objekt darf höchstens einen Durchmesser von 20cm haben. Abzüglich der Plättchen, die das ganze dann antreiben sollen, hat das Ding also etwa einen Radius von 7cm.
Die Formel für die Zentrifugalkraft a ist:
a = (v^2)/r
(Hinweis: (v^2) bedeutet v hoch 2)
Mit den gegeben Massen sieht die Formel so aus:
9,81m/s^2 = v^s/7cm
Mit einer Umstellung kommt man auf folgendes:
82,867cm/s = v
Das bedeutet, dass sich das ganze mit einer Geschwindigkeit von 82,867cm/s drehen muss.
Um jetzt zu berechnen, wie oft sich das Objekt in einer Sekunde drehen muss, rechne ich den Umfang des Objekts durch die Geschwindigkeit, also:
Umdrehungen/s = (2r*(pi))/v
Das ergiebt eine Umdrehung von ca. 0.6 Umdrehungen pro Sekunde.
Ich finde diese Umdrehgeschwinigkeit recht hoch. Wenn man nur einen Radius von 3cm nimmt, müsste es sich nur 0.35 mal pro Sekunde um die eigene Achse drehen.
Hab ich da irgendwo einen grundlegenden Fehler gemacht?
Liene Grüsse
Melina
P.S. entschuldigt bitte die fürchterliche Darstellung…

Hallo Melina,

mir ist gerade aufgefallen, dass ich oben ein paar ganz peinliche Fehler eingebaut habe. Und zwar folgt aus [math]a_R = {v^2 \over r_A} \Rightarrow v_{Rot} = \sqrt{a_R \cdot r_A} = \sqrt{9,81 \cdot 50} {m \over s} = 22,1472 {m \over s}[/math], Einheitenprobe: [math][v] = \sqrt{{m \over s^2} \cdot m} = {m \over s}[/math]. Und dann geht es weiter: [math]v_{Rot} = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot r_A \Rightarrow f = {v_{Rot} \over {2 \cdot \pi \cdot r_A}}[/math], Einheitenprobe [math][f] = {{m \over s} \over m} = {1 \over s}[/math]. [math]f = {22,1472 \over {2 \cdot \pi \cdot 50}} {1 \over s} = 0,07 {1 \over s}[/math]. Damit ist [math]T = 14,28 s[/math]. Interessanterweise kommt fast das selbe Ergebnis raus wie oben Aber so sollte es jetzt passen.

Und nun man zu deiner Rechnung

Lulu hat gesagt

Ich hab jetzt mal eine Brechnun gemacht, weiss aber nicht ob sie stimmt.
Das Objekt darf höchstens einen Durchmesser von 20cm haben. Abzüglich der Plättchen, die das ganze dann antreiben sollen, hat das Ding also etwa einen Radius von 7cm.
Die Formel für die Zentrifugalkraft a ist: -> das ist die Radialbeschleunigung
a = (v^2)/r
(Hinweis: (v^2) bedeutet v hoch 2)
Mit den gegeben Massen sieht die Formel so aus:
9,81m/s^2 = v^s/7cm -> Vorsicht: durch den Radius teilen, also durch 3,5 cm
Mit einer Umstellung kommt man auf folgendes:
82,867cm/s = v -> dann komme ich auf v = 58,596 cm/s
Das bedeutet, dass sich das ganze mit einer Geschwindigkeit von 82,867cm/s drehen muss.
Um jetzt zu berechnen, wie oft sich das Objekt in einer Sekunde drehen muss, rechne ich den Umfang des Objekts durch die Geschwindigkeit, also:
Umdrehungen/s = (2r*(pi))/v -> hier hast du einen Dreher: [math]{Umdrehungen \over s} = {v \over {2 \cdot r \cdot \pi}}[/math]
Das ergiebt eine Umdrehung von ca. 0.6 Umdrehungen pro Sekunde. -> nun komme ich auf 2,66 Umdrehungen pro Sekunde oder 0,37 Sekunden pro Umlauf
Ich finde diese Umdrehgeschwinigkeit recht hoch. Wenn man nur einen Radius von 3cm nimmt, müsste es sich nur 0.35 mal pro Sekunde um die eigene Achse drehen. -> wie kommst du denn auf die 0,35 ???
Hab ich da irgendwo einen grundlegenden Fehler gemacht?
Liene Grüsse
Melina
P.S. entschuldigt bitte die fürchterliche Darstellung…

Hat irgendjemand Einwände?

Liebe Grüße
Falko

Hallo Falko
Vielen Dank für deine Hilfe.
Jetzt hab ich aber ein Durcheinander… Welche Grösse muss man den nun berechnen? Die Zentrifugalkraft oder die Zentripedalkraft?
Wäre nicht die Zentrifugalkraft logischer? Diese drückt einen Körper ja nach aussen, also genau das, was wir wollen. Die Zentripedalkraft (oder auch Radialbeschleunigung) zieht einem ja nach innen.

Das alles spielt nun ja eigentlich keine Rolle mehr, denn laut Wikipedia gilt folgendes:
Lichtmühlen funktionieren weder im Hochvakuum noch bei Normaldruck.
Da kann ich noch lange mein Prototyp vor einen Scheinwerfer stellen und warten…
Zuerst sollte man eben die Theorie lesen und erst dann den Prototyp bauen und sich dann erst fragen, weshalb es nicht funktioniert…
Somit ist mein Experiment gescheitert.

Ich hoffe aber, ihr schickt alle eine Menge Experimente ein und gewinnt auch!
Liebe Grüsse
Melina

Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft ist bis auf ein Vorzeichen das gleiche. Die Frage ist einfach, ob du aus einem Inertialsystem rechnest oder aus einem beschleunigten Bezugssystem. In einem IS verschwinden alle Scheinkräfte (=Trägheitskräfte), daher gibt es keine Zentrifugalkraft (die ja eine Scheinkraft ist). Betrachtest du das ganze aber aus einem beschleunigten (bzw. rotierenden) System, gibt es sehr wohl Scheinkräfte. Wenn du also von jemanden, der sich mit dem Raumschiff mitdreht, redest, ist es durchaus sinnvoll/einleuchtender, von einer Zentrifugalkraft zu sprechen. Aus dessen Sicht gibt es eine Zentrifugalkraft nach außen, aber keine Zentripetalkraft, da sich ja aus seinem Bezugssystem gesehen das Raumschiff nicht dreht. Klar? Oder hab ich deine Frage falsch verstanden?

Ich glaube so langsam kapiere ich das mit der Zentrifugalkraft und der Zentripedalkraft…
Aber ich habe dazu noch eine Frage.
Angenommen eine Raumstation dreht sich und jemand steht in der Station und spürt die Schwerkraft. Von ihm aus gesehen nimmt er ja Zentrifugal- und Zentripedalkraft wahr. Herrscht dann deshalb Schwerkraft, weil beide Kräfte im Gleichgewicht sind? Und wenn die Winkelgeschwindigkeit zunehmen würde, würde er auch eine grössere Schwerkraft empfinden.
Ist das richtig so?
Für alle, die immer noch nicht nachkommen bei der Zentrifugal- und Zentripedalkraft, habe ich eine gute Seite gefunden.
Zentrifugalkraft auf leifiphysik

Hallo Lulu,

wiirklich verzwickt das Thema …

Lulu hat gesagt

Angenommen eine Raumstation dreht sich und jemand steht in der Station und spürt die Schwerkraft. Von ihm aus gesehen nimmt er ja Zentrifugal- und Zentripedalkraft wahr. Herrscht dann deshalb Schwerkraft, weil beide Kräfte im Gleichgewicht sind? Und wenn die Winkelgeschwindigkeit zunehmen würde, würde er auch eine grössere Schwerkraft empfinden.

Wenn sich Zentrifugalkraft und Zentripetalkraft (übrigens nicht pedal, sondern petal ) ausgleichen, dann ist der Bewohner der Raumstation schwerelos. Erst, wenn die Raumstation dann anfangen würde zu rotieren, würde eine Zentrifugalkraft wirken, die eine künstliche Schwerkraft zur Folge hätte. Die Zentripetalkraft wäre in diesem Fall wohl zu vernachlässigen. Auf der Erde wäre das die Schwerkraft. Die ist auf so einer winzige Raumstation allerdings so gu wie nicht vorhanden. Denn dafür ist das Teil einfach zu leicht.

Mary hat gesagt

Wenn du also von jemanden, der sich mit dem Raumschiff mitdreht, redest, ist es durchaus sinnvoll/einleuchtender, von einer Zentrifugalkraft zu sprechen. Aus dessen Sicht gibt es eine Zentrifugalkraft nach außen, aber keine Zentripetalkraft, da sich ja aus seinem Bezugssystem gesehen das Raumschiff nicht dreht.

Das würde ich so nicht stehen lassen. Denn auf uns Erdbewohner (Raumschiff Erde ) wirkt ja auch eine Zentripetalkraft (Schwerkraft) und eine Zentrifugalkraft. Die Zentrifugalkraft erreicht am Äquator ihren maximalen Wert und an den Polen ist sie null, daher auch die Abplattung. Die gleichen Kräfte wirken also auch auf einer rotierenden Raumstation, mit dem Unterschied, dass hier die Zentrifugalkraft wesentlich mehr Einfluss hat.

Übrigens hab ich mir noch etwas überlegt bezüglich die Rotation. Da wir das Prinzip Lichtmühle ja verworfen haben, wie wäre es mit Sonnensegeln? Wo wir allerdings auch wieder vor dem Dimensionierungsproblem stehen. Die Frage, die sich mir stellt: Wieviel Energie wir benötigen, um eine Raumstation mit konstanter Geschwindigkeit rotieren zu lassen. Wenn das Teil einmal rotiert, dürfte doch nicht mehr so viel Energie notwendig sein. Vielleicht mag das mal jemand weiterstricken

Liebe Grüße
Falko

Liebe Grüße
Falko

Die Idee mit den Sonnensegeln ist wirklich toll. Allerdings ist die kein passendes Experiment für SpaceLab…
Aber sonst ist es wirklich toll. Man sollte der NASA mal einen Brief schreiben
Ich lass nun die Zentripetal- und Fliehkraft einmal auf mich wirken und dann komm ich bestimmt nach
Liebe Grüsse
Lulu

Habt ihr noch eine tolle Idee für ein Experiment? Dann müsst ihr jetzt aber schnell machen! Noch bis zum 7. Dezember habt ihr Zeit um eure Videos einzuschicken.
Dann kommt sicherlich eine sehr interessante Phase, in der die Jury nach und nach die besten Videos auswählt.

Hallo zusammen
Wenn ihr jetzt noch ein Video einschicken wollt, seid ihr leider zu spät.
Doch ihr könnt trotzdem das Ergebnis beeinflussen. Jetzt geht es nämlich ans Abstimmen =)
Noch 21 Tage lang könnt ihr die Videos bewerten, die die Jury ausgewählt hat.
Ach und übrigens: Jedes Video hat deutschen Untertitel.
Liebe Grüsse und viel Spass
Lulu