Topikki Juken ihmehärveleille

[Juke]

Mun käsittääkseni sentripetaalivoiman kaavassa ei esiinny siiven nostovoima ?

 

[Juke]

Veneilystä kiinnostuneena sanoppa Tups olisiko tässä laite joka kiitää jo kohta valonnopeudella jos ION moottorit mukana.

 

[FinnNSF]

Yksinkertaisesti ajateltuna satelliittiin kohdistuu kiertoradalla vain painovoima (mg), joka pitää sen ympyränmuotoisella kiertoradalla, kunhan satelliitin nopeus on riittävän suuri:

mg = mv²/r -> v²/r = g -> v = √rg

Lentokoneessa, jossa siivet tuottavat nostovoimaa, olisi tämä "tehollinen sentripetaalivoima" eli jäljelle jäävä voima, joka synnyttää kaarevan lentoradan, huomattavasti pienempi (siipien nostovoima kumoaa osan painovoimasta):

mg - L = mv²/r -> v = √(rg - rL/m)

Tämä siis laskisi tarvittavaa nopeutta kiertoradalla pysymiseen ja "lentokone" pystyisi näin pysyttelemään kiertoradalla (ilmassa) pienemmällä nopeudella kuin satelliitti. Ei hassumpi idea. Tosin tuossa yhtälössä pitää muistaa, että myös nostovoima riippuu nopeudesta ts. L = L(v), joten ei sitä ihan noin simppelisti ratkaista. No, haarukoimalla Excelissä onnistunee.

...

Kiertoradalla luonnollisesti a = v²/r eli kappale on kiihtyvässä liikkeessä "alaspäin". Onneksi maa kaartuu alta pois sopivasti.

Koska nostovoiman kaavassakin on nopeuden neliö tuon pitäisi ratketa aika simppelisti.

mg - L = mv²/r

vaihdetaan L puolta ja jaetaan massalla

g = v²/r + L/m

nosteen kaava ja paikallinen kiihtyvyys standardigravitaatioparametrin μ kautta
ρ tiheys, S siipipinta-ala C nostekerroin

L = ½ρv²SC
g = μ/r²

sijoitetaan g ja L tilalle

μ/r² = v²/r + ½ρv²SC/m

jaetaan kerrotaan r²

μ = v²r + ½ρv²SCr²/m

ja sitten ratkaistaan v

μ = v²(r + ½ρSCr²/m)

v = √(μ/(r + ½ρSCr²/m))


Toi jatkuva putoaminen "alaspäin" ja maan kaareutuminen "pois alta" hämäsivät itseäni jo ipanana kun jossain koulussa opettaja selosti kiertorataa noin. Oikeasti satelliitti matkaa koko ajan vain "eteenpäin" ja painovoima taivuttaa kuljetun matkan ympyräksi koska se vaikuttaa koko ajan kohtisuoraan nopeuteen nähden.

 

[Juke]

Pikaisesti paukutin laskukonetta ja huomasin, että Solar Swanin nopeus olisi kuukaudessa 72 km/s jos alkuvauhti kiertoradalta olisi 20 km/s....vuodessa jos laite siis ottaisi hieman aurinkoa vauhtia ja saisi ion moottoriin puhtia olisi nopeus jo sellainen että maasta Marsiin matkattaisiin vuorokaudessa.

Vuoden reissulle pitää jo olla paljon kaurahiutaleita mukana..mutta Saturnuksessa voisi käydä melko vikkelästi..tosin sieltä kiihdyttäminen takaisin olisi vaivalloista.

 

[Juke]

Koska nostovoiman kaavassakin on nopeuden neliö tuon pitäisi ratketa aika simppelisti.

mg - L = mv²/r

vaihdetaan L puolta ja jaetaan massalla

g = v²/r + L/m

nosteen kaava ja paikallinen kiihtyvyys standardigravitaatioparametrin μ kautta
ρ tiheys, S siipipinta-ala C nostekerroin

L = ½ρv²SC
g = μ/r²

sijoitetaan g ja L tilalle

μ/r² = v²/r + ½ρv²SC/m

jaetaan kerrotaan r²

μ = v²r + ½ρv²SCr²/m

ja sitten ratkaistaan v

μ = v²(r + ½ρSCr²/m)

v = √(μ/(r + ½ρSCr²/m))


Toi jatkuva putoaminen "alaspäin" ja maan kaareutuminen "pois alta" hämäsivät itseäni jo ipanana kun jossain koulussa opettaja selosti kiertorataa noin. Oikeasti satelliitti matkaa koko ajan vain "eteenpäin" ja painovoima taivuttaa kuljetun matkan ympyräksi koska se vaikuttaa koko ajan kohtisuoraan nopeuteen nähden.

Eli mitä yritit selostaa tällä ?

 

[FinnNSF]

Eli mitä yritit selostaa tällä ?

Sitä että kohtapuoliin pitäisi hakea joulukuusi.

 

[Tups]

Mun käsittääkseni sentripetaalivoiman kaavassa ei esiinny siiven nostovoima ?

Nyt esiintyy. Sentripetaalivoiman kaavahan on loppujen lopuksi muotoa ∑F = ma, jossa kiihtyvyys a ilmaistaan ratanopeuden ja ympyrämuotoisen radan säteen kautta (a = v²/r). Resultanttivoima ∑F on kappaleeseen vaikuttavien todellisten voimien eli tässä tapauksessa painovoiman ja siipien nostovoiman summa. Periaatteessa tuolla voisi olla siipien sijaan vaikkapa rakettimoottori, joka "kannattelisi" kappaletta (alusta) mahdollistaen kiertoradan säilyttämisen hitaammalla nopeudella. Oli miten oli, tuo on siis se voima, joka on "käytettävissä" radan kaareuttamiseen sen jälkeen, kun osa painovoimasta on kumottu siipien nostovoimalla. Kuten aiemmin sanoin, radan kaareutuminen on seuraus kappaleeseen vaikuttavista voimista (joiden resultantin y-suuntaisesta komponentista tulee "sentripetaalivoima"), mutta kiertoradalla oleminen ei synnytä uusia kappaleeseen vaikuttavia voimia. Vertaa tätä vaikkapa auton kiihdyttämiseen - auto kiihtyy, koska siihen vaikuttaa jokin voima (F = ma), mutta auton kiihdyttäminen ei saa aikaan siihen vaikuttavaa voimaa. Syy ja seuraus!

Näin kun tarkemmin ajattelee, niin sentripetaalivoimahan voidaan määrittää myös ilmakehän alaosissa ääntä hitaammin lentäville lentokoneille, koska nekin lentävät loppujen lopuksi kaarevaa rataa pitkin maan pintaa seuraten. Tällöin sentripetaalivoima on nopeasti laskien luokkaa 0.1% koneeseen kohdistuvasta massasta. eli se voitaneen jättää turvallisesti huomiotta insinööritarkastelussa.

Koska nostovoiman kaavassakin on nopeuden neliö tuon pitäisi ratketa aika simppelisti.

Niinpä tietenkin! Kylläpäs taas dementia iski...

tosin sieltä kiihdyttäminen takaisin olisi vaivalloista

Älä unohda, että pitää sinne hidastaakin. Jos meillä olisi ehtymätön mutta vakiotehoinen energialähde, nopein tapa matkustaa paikasta toiseen olisi kiihdyttää puolimatkaan asti, kääntää alus ympäri ja jarruttaa loppumatka. Mikäli energia olisi peräisin auringosta ja riippuisi näin ollen etäisyyden neliöstä, pitäisi hidastaminen aloittaa jo ennen puolimatkaa.

 

[Juke]

Nyt esiintyy. Sentripetaalivoiman kaavahan on loppujen lopuksi muotoa ∑F = ma, jossa kiihtyvyys a ilmaistaan ratanopeuden ja ympyrämuotoisen radan säteen kautta (a = v²/r). Resultanttivoima ∑F on kappaleeseen vaikuttavien todellisten voimien eli tässä tapauksessa painovoiman ja siipien nostovoiman summa. Periaatteessa tuolla voisi olla siipien sijaan vaikkapa rakettimoottori, joka "kannattelisi" kappaletta (alusta) mahdollistaen kiertoradan säilyttämisen hitaammalla nopeudella. Oli miten oli, tuo on siis se voima, joka on "käytettävissä" radan kaareuttamiseen sen jälkeen, kun osa painovoimasta on kumottu siipien nostovoimalla. Kuten aiemmin sanoin, radan kaareutuminen on seuraus kappaleeseen vaikuttavista voimista (joiden resultantin y-suuntaisesta komponentista tulee "sentripetaalivoima"), mutta kiertoradalla oleminen ei synnytä uusia kappaleeseen vaikuttavia voimia. Vertaa tätä vaikkapa auton kiihdyttämiseen - auto kiihtyy, koska siihen vaikuttaa jokin voima (F = ma), mutta auton kiihdyttäminen ei saa aikaan siihen vaikuttavaa voimaa. Syy ja seuraus!

Näin kun tarkemmin ajattelee, niin sentripetaalivoimahan voidaan määrittää myös ilmakehän alaosissa ääntä hitaammin lentäville lentokoneille, koska nekin lentävät loppujen lopuksi kaarevaa rataa pitkin maan pintaa seuraten. Tällöin sentripetaalivoima on nopeasti laskien luokkaa 0.1% koneeseen kohdistuvasta massasta. eli se voitaneen jättää turvallisesti huomiotta insinööritarkastelussa.



Niinpä tietenkin! Kylläpäs taas dementia iski...



Älä unohda, että pitää sinne hidastaakin. Jos meillä olisi ehtymätön mutta vakiotehoinen energialähde, nopein tapa matkustaa paikasta toiseen olisi kiihdyttää puolimatkaan asti, kääntää alus ympäri ja jarruttaa loppumatka. Mikäli energia olisi peräisin auringosta ja riippuisi näin ollen etäisyyden neliöstä, pitäisi hidastaminen aloittaa jo ennen puolimatkaa.

Eli Tups jos koneen siivet alkaisivat tuottaa nostovoimaa negatiivisesti niin sentripetaalivoima alkaisi voimistua niinkö se olisikin yllättäen 41 tonnia + se genatiivinen nostovoima eli jopa 91 000 tonnia ????

Haluan muistuttaa että vaikka olisit AMK:n vararehtori et voi muuttaa fyskiikan lakeja..sama finnNSF:lle.

 

[Juke]

Yksi asia vielä tuohon Solar Swaniin liittyen...tiedetään että avaruudessa on noin 1 vetyatomi / m3...eli jos ajetaan 250 000 km/t nopeudella ja koneessa on rungon alla scooppi joka voi kauhoa näitä atomeja säiliöön ja aluksella kasveja lasikaton alla jotka tuottavat happea ( ja ruokaa ) saamme rakettipolttoainetta jota voidaan käyttää koneen sammutetussa rakettimoottorissa uudelleen.

Lyhyellä laskelmalla saadaan indikaatio että jos scooppi jolla kauhotaan on 6 m2 saadaan joka sekuntti 416 500 vetyatomia ja tunnissa siten tasan 1.5 miljardia..toisaalta tiedetään että 50 ruukkukasvia tuottaa yhden ihmisen tarvivan hapen maapallolla 6 tunnissa ja avaruusaluksesssa voidaan nauttia auringosta 24/7 joten happea saadaan 4 kertaisesti. Eli jos ruukkukasveja on vaikka 5000 kpl koneen kasvihuoneessa ja vetyä yllinkyllin voidaan varmaankin kerran viikossa saada n 40 000 kg polttoainetta tuotettua jolla voidaan nopeutta lisätä kerran 3ssä päivässä 5 km/s eli todellinen loppunopeus kuukaudessa on 130 km/s..vuodessa sitten jo huikeasti enemmän eli 1560 km/s eli matkattaisiin jo kivalla 0.0052 C tässä nopeudessa ei vielä ilmeisesti kovasti nuorennu, mutta Saturnuksessa käydään jo 2ssa viikossa.

Tups on oikessa siinä, etä hidastaminen on ongelmallisempaa, mutta laskeutujalle ei....se pienempänä tarvii vähemmän energiaa jarruuntumiseen jos payload / kuorma on vaikka 500 kiloa..sen luulisi jarruuntuvan hyvästikin jo 40 000 kilon polttoaineella jos se käytetään jarruttamiseen. Deltaveetä olisi riittävästi.

Sillä aikaa kun laskeutuja on jollakin Saturnuksen kuulla vaikka Pandorassa esim 3 päivää voidaan saturnuksen kiertoradalta Swanilta pudottaa ( kauko-ohjatusti 40 000 kilon oman polttoainetankin apuraketilla ) sille laskeutujalle 40 000 kilon annos polttoainetta jolla se pääsee takaisin Swanille. Pandoralle pitää laskeutua oikeaan aikaan ja suunnasta sillä se liikkuu aika vinhaan Saturnuksen ympärillä, joka helpottaa delta-v matikkaa. Pandoralla itsellään on heikko vetovoima joten polttoaine voidaan käyttää avaruudessa kiihdyttämiseen ja jarruttamiseen 95%sesti.

Tässä on tietty yksi heikko kohta...riittääkö astronauttien pissa kastelemaan kasvit ? Mistä vesi..pitääkö käydä Marsissa välillä ja Europalla ennekuin mennään Saturnukseen, koska siellä on vettä ? Vai onko avaruudessa irrallaan myös happimolekyylejä joita voidaan kauhoa samalla ja erotella erikseen ?

 

[Tups]

Eli Tups jos koneen siivet alkaisivat tuottaa nostovoimaa negatiivisesti niin sentripetaalivoima alkaisi voimistua niinkö se olisikin yllättäen 41 tonnia + se genatiivinen nostovoima eli jopa 91 000 tonnia ????

Jos siivet tuottaisivat negatiivisen nostovoiman ja alaspäin suuntautuva voimien summa (eli tässä tapauksessa juurikin se sentripetaalivoima) olisi siten suurempi kuin painovoima (mg + L = mv²/r; huomaa nostovoiman etumerkki), kappale pystyisi ylläpitämään suurempaa ratanopeutta ja pysyisi silti kiertoradalla eikä karkaisi avaruuteen. Toisaalta "pystyisi" on tässä yhtä kuin "täytyisi" - aluksen pitäisi saavuttaa suurempi ratanopeus jotta se pysyisi kiertoradalla, sillä muuten se luonnollisesti palaisi Äiti Maan hellään huomaan.

Haluan muistuttaa että vaikka olisit AMK:n vararehtori et voi muuttaa fyskiikan lakeja..sama finnNSF:lle.

Toisaalta sekään, ettei ymmärrä tai osaa laskea, ei millään tavalla kumoa fysiikan lakeja...

Koko tämä keskustelu perustuu käytännössä Newtonin toiseen lakiin (F = ma), jossa toisella puolella on nettovoima (sikäli kun kyse ei ole staattisesta tilanteesta eli F != 0) ja kiihtyvyys on ympyräradalla lausuttu ratanopeuden ja säteen funktiona. "Piirrä vapaakappalekuva ja sijoita kaavaan" opetettiin muistaakseni jo sillä ainoalla pakollisella fysiikankurssilla lukiossa. Sikäli kun tässä simppelissä tarkastelussa kaikki kappaleeseen vaikuttavat voimat ovat ympyräradan säteen suuntaisia, ei niitä tarvitse edes käsitellä vektorimuotoisina.

 

[Juke]

Toisaalta sekään, ettei ymmärrä tai osaa laskea, ei millään tavalla kumoa fysiikan lakeja...

Koko tämä keskustelu perustuu käytännössä Newtonin toiseen lakiin (F = ma), jossa toisella puolella on nettovoima (sikäli kun kyse ei ole staattisesta tilanteesta eli F != 0) ja kiihtyvyys on ympyräradalla lausuttu ratanopeuden ja säteen funktiona. "Piirrä vapaakappalekuva ja sijoita kaavaan" opetettiin muistaakseni jo sillä ainoalla pakollisella fysiikankurssilla lukiossa. Sikäli kun tässä simppelissä tarkastelussa kaikki kappaleeseen vaikuttavat voimat ovat ympyräradan säteen suuntaisia, ei niitä tarvitse edes käsitellä vektorimuotoisina.

Kannattaisiko sun pelkän laskemisen sijasta ( hauki on kala tyyliin ) opetella ajattelemaan itsenäisesti...niin ja opetella laskemaan...sekin tuntuu olevan hataraa.

Mä osaan laskea laudaturin verran matikkaa ( pitkää sellaista ) se riittää mulle perustiedoksi ja lähtökohdaksi.

 

[FinnNSF]

Yksi asia vielä tuohon Solar Swaniin liittyen...tiedetään että avaruudessa on noin 1 vetyatomi / m3

Singahdit sitten jo intergalaktiseen avaruuteen, vaikuttava suoritus.

Ei ole paljoa happea irrallaan avaruudessa, vetyä joka paikassa. Kyllä se siitä, kohta keksit Bussardin ramjetin uudelleen.

Sillä aikaa kun laskeutuja on jollakin Saturnuksen kuulla vaikka Pandorassa

Jättäkää Pandora rauhaan!

 

[Tups]

Lyhyellä laskelmalla saadaan indikaatio että jos scooppi jolla kauhotaan on 6 m2 saadaan joka sekuntti 416 500 vetyatomia ja tunnissa siten tasan 1.5 miljardia..

Kai ymmärrät, että 1.5 miljardia atomia ei ole kovinkaan paljoa. Vedyn moolimassa on 1.008 g/mol ja yhdessä moolissa on 6.022 x 10^23 vetyatomia. Näin ollen tunnissa saadaan kerättyä noin 2.5 x 10^-15 grammaa eli 2.5 femtogrammaa vetyä. Yhden gramman keräämiseen meneekin sitten hieman pidemään, karkeasti arvioiden 45 miljardia vuotta. Tästä syystä tieteiskirjallisuudessa ramscoopit ovat tuhansien kilometrien levyisiä elektromagneettisia kenttiä, joilla saadaan scoopin pinta-alaa kasvatettua...

Otitko laskelmissasi huomioon myös etäisyyden vaikutuksen auringon säteilytehoon ja siihen, kuinka tehokkaasti kasvit yhteyttävät? Saturnus on kuitenkin kaukana.

 

[FinnNSF]

Mikäs tässä kasvihuonepohjaisessa rakettimoottoriteknologiassa on se hyöty? Ei ne petuniat sitä happea tyhjästä tee, vaikuttaa massan suhteen nollasummapeliltä.

 

[Tups]

Kannattaisiko sun pelkän laskemisen sijasta ( hauki on kala tyyliin ) opetella ajattelemaan itsenäisesti...niin ja opetella laskemaan...sekin tuntuu olevan hataraa.

Valitettavasti reaalimaailman ongelmien parissa työskentelevänä insinöörinä en voi "ajatella itsenäisesti", vaan laskelmieni tulee perustua olemassa oleviin ja oikeaksi todistettuihin teorioihin. Maailma ei taivu unelmiini vaikka kuinka haluaisin.

Mitä laskelmiini tulee, niin osoita virheeni ja seison korjattuna.

Mä osaan laskea laudaturin verran matikkaa ( pitkää sellaista ) se riittää mulle perustiedoksi ja lähtökohdaksi.

Kuten sanoin, mullakin on pitkästä matikasta laudatur, peräti täysillä pisteillä. Luin lukiossa myös pitkän fysiikan ja kemian, mutta reaalista kirjoitin valitettavasti vain eximian. Paperit kyllä lähtivät laudaturina, mutta pisteet olivat rajalla ja sensori oli eri mieltä opettajan kanssa... :<

Enivei, mielestäni lukioarvosanat eivät ole kovinkaan relevantteja tässä yhteydessä, koska ainakin viime päivien laskelmat ovat varsin simppeleitä. Ennemmin kaipaisin tässä samanlaisia ratkaisutapoja kuin lukion laskuharjoituksissa - lähtöarvot, kaavat, sijoitukset, laskut, vapaakappalekuvat... Kaikki näkyviin tai pisteet ropisevat!

 

[Juke]

Singahdit sitten jo intergalaktiseen avaruuteen, vaikuttava suoritus.

Ei ole paljoa happea irrallaan avaruudessa, vetyä joka paikassa. Kyllä se siitä, kohta keksit Bussardin ramjetin uudelleen.



Jättäkää Pandora rauhaan!

Pandora voi olla hankala koska se reagoi Mimakseen ja Prometheukseen; http://en.wikipedia.org/wiki/Pandora_(moon)

 

[Juke]

Kai ymmärrät, että 1.5 miljardia atomia ei ole kovinkaan paljoa. Vedyn moolimassa on 1.008 g/mol ja yhdessä moolissa on 6.022 x 10^23 vetyatomia. Näin ollen tunnissa saadaan kerättyä noin 2.5 x 10^-15 grammaa eli 2.5 femtogrammaa vetyä. Yhden gramman keräämiseen meneekin sitten hieman pidemään, karkeasti arvioiden 45 miljardia vuotta. Tästä syystä tieteiskirjallisuudessa ramscoopit ovat tuhansien kilometrien levyisiä elektromagneettisia kenttiä, joilla saadaan scoopin pinta-alaa kasvatettua...

Otitko laskelmissasi huomioon myös etäisyyden vaikutuksen auringon säteilytehoon ja siihen, kuinka tehokkaasti kasvit yhteyttävät? Saturnus on kuitenkin kaukana.

Joo no tässä osuit naulankantaan...scooppihan täytyy olla siis 180 m pitkä ja kerätä noin 300 m2 alueelle osuvat vetyatomit ( ellei noita purjeita käytetä siihen jolloin voitaisiin saada tuhat m2 alue )..ei taida auttaa sekään ellei nopeus ole se 0.0052 C jonka aiemmin laskin. Mulla ei ollut hajuakaan vetyatomin koosta..ne ovat todella pieniä veijareita.

Joo yhteytys tapahtuu lähempänä aurinkoa..mutta jotkut kasvit yhteyttävät myös hämärämmässä.

 

[Juke]

Mikäs tässä kasvihuonepohjaisessa rakettimoottoriteknologiassa on se hyöty? Ei ne petuniat sitä happea tyhjästä tee, vaikuttaa massan suhteen nollasummapeliltä.

Sillä niiden tuottamalla hapella voidaan ( yhdessä kerätyn vedyn kanssa ) ladata laskeutujan kemikaaliraketti uudelleen ja uudelleen ja antaa myös omalla kemikaaliraketilla lisänopeutta. Ei kasvit paljoa paina mullan kanssa.

 

[Juke]

Eli siis keskinopeudella 700 000 km/t alus pystyy kahmimaan sekunnissa n 97 miljoonaa ( 500 m2 scoopilla ) ja sitten tunnissa 350 miljardia vetyatomia...vieläkin vähän ?

------

Hetkinen tällä aurinkopurje laivalla saataisiin toimimaan tämä; http://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet

Niinkö finnNSF ?

 

[FinnNSF]

Sillä niiden tuottamalla hapella voidaan ( yhdessä kerätyn vedyn kanssa ) ladata laskeutujan kemikaaliraketti uudelleen ja uudelleen ja antaa myös omalla kemikaaliraketilla lisänopeutta. Ei kasvit paljoa paina mullan kanssa.

Ehkä ei paina mutta ei ne sitä happea tyhjästä tee. Yhden happimolekyylin tuottaminen yhteyttämällä vaatii yhden vesimolekyylin ja yhden hiilidioksidimolekyylin, "ylijäämä" menee hiilihydraateiksi. Mistäs repäiset lähtöaineet?