Nun die Frage: Wenn der Astronaut in einer rotierenden Raumstation wirklich hoch springen würde, würde er dann nicht die Schwerelosigkeit erfahren, bis er wieder einen Teil (Wand oder Boden) der Station berührt? Vermisse ich etwas in meinem Verständnis?

Nun, hier ist eine verwandte Frage. Angenommen, Sie befinden sich in einem Aufzug im obersten Stockwerk eines Wolkenkratzers, wenn das Kabel plötzlich reißt. Wenn der Aufzug herunterfällt, merkt man, dass man beim Aufprall stirbt, wenn er auf den Boden trifft. Aber dann denkst du, was ist, wenn ich kurz davor springe? Wenn Sie springen, bewegen Sie sich nach oben und nicht nach unten, sodass es überhaupt keine Auswirkungen gibt!

Der Fehler hier ist der gleiche wie der, den Sie oben gemacht haben. Wenn Sie in den Aufzug springen, bewegen Sie sich zwar relativ zum Aufzug nach oben, aber Sie bewegen sich immer noch mit einer enormen Geschwindigkeit nach unten relativ zum Boden, worauf es ankommt.

Wenn Sie sich am Rand einer großen rotierenden Raumstation befinden, haben Sie eine große Geschwindigkeit relativ zu jemandem, der in der Mitte stillsteht. Wenn Sie springen, ist es wahr, dass Sie relativ zu dem Stück Boden, von dem Sie gesprungen sind, nach oben gehen, aber Sie haben immer noch diese enorme Tangentialgeschwindigkeit. Sie verlieren es nicht nur, indem Sie den Kontakt zum Boden verlieren, also ändert sich nichts an der Geschichte.

Wenn Sie springen, befinden Sie sich abgesehen vom Luftwiderstand im freien Fall, sodass Sie schwerelos sind.Dies gilt für jeden Sprung.Für einen kurzen Moment erleben Sie die Schwerelosigkeit!

Soweit ich weiß, sollte das Objekt, an dem es arbeitet, an den Rädern "Speiche" oder "Felge" angebracht werden, damit die Zentrifugalkraft (die in diesem Fall für die Erzeugung der Schwerkraft verantwortlich ist) wirkt.

Nicht genau. Zentrifugale "Kraft" ist eine sogenannte "Pseudokraft". Es ist das Ergebnis der Analyse von Ereignissen unter Verwendung eines nicht trägen Referenzrahmens. Wenn Sie sich auf einem Karussell befinden und das Karussell als stationär behandeln, während sich die Welt um es dreht, werden Sie feststellen, dass Objekte dazu neigen, sich außerhalb des Karussells zu bewegen. runden. In der Ansicht "Das Karussell ist stationär" müssen Sie also eine Kraft aufbringen, die die Objekte von der Mitte wegdrückt. Dies ist die Zentrifugalkraft.

Aber diese Kraft existiert nicht "wirklich": Wenn Sie die Situation aus der Sicht von jemandem analysieren, der sich nicht im Karussell befindet, bewegen sich die Objekte in einer geraden Linie. Es ist nur so, dass jede gerade Linie notwendigerweise vom Zentrum weggeht. (Zeichnen Sie einen Kreis und dann eine gerade Linie daneben. Stellen Sie sich vor, Sie fahren entlang dieser Linie. Aus Sicht des Kreises kommen Sie zuerst näher und dann weg.)

Wenn sich etwas dreht, ändert sich seine Geschwindigkeit ständig: Obwohl seine Geschwindigkeit konstant ist, ändert sich die Richtung, sodass sich die Geschwindigkeit ändert. Geschwindigkeitsänderung bedeutet Beschleunigung und Beschleunigung bedeutet Kraft. Diese Kraft ist auf das Zentrum gerichtet. Stellen Sie sich vor, Sie fahren gegen den Uhrzeigersinn um einen Kreis. Wenn Sie das Rad loslassen würden, würden Sie aus dem Kreis fliegen. Sie müssen ständig nach links abbiegen, um im Kreis zu bleiben. Es gibt also eine Kraft, die sich jedoch in Richtung des Kreismittelpunkts befindet und als Zentripetalkraft bezeichnet wird.

Aus Sicht eines Trägheitsreferenzrahmens ist eine Kraft erforderlich, um auf dem Kreis zu bleiben. die Zentripetalkraft. Von einem kreisförmigen Bewegungsreferenzrahmen aus ist das Objekt jedoch stationär. Wenn also eine Zentripetalkraft das Objekt hineinzieht, muss es eine andere Kraft geben, die Zentrifugalkraft, die es herausdrückt. Wenn Sie also in einer rotierenden Raumstation stehen, werden Sie eine Kraft des Bodens spüren, die Sie "nach oben" in Richtung der Mitte der Raumstation drückt, und da Sie sich wie in Ruhe fühlen (die Raumstation) bewegt sich mit dir), es scheint, dass es eine Kraft geben muss, die dich "runter" in den Boden drückt.

Der wichtige Punkt hierbei ist, dass der Kontakt mit dem Boden die Zentripetalkraft liefert, die Zentrifugalkraft jedoch in Ihrem Referenzrahmen vorhanden ist, unabhängig davon, ob Sie Kontakt mit dem Boden haben. Kehren Sie zum Beispiel des Kreisfahrens zurück. Angenommen, Sie lassen einen Ball ins Auto fallen. Bevor Sie es fallen ließen, bewegte es sich mit dem Auto, und so wie das Auto eine Zentripetalkraft hatte, die in Kreisbewegung blieb, hatte der Ball eine Zentripetalkraft auf sich. Aber für den Bruchteil einer Sekunde, in der es in der Luft ist, hat es nicht die Zentripetalkraft.

Für einen Außenbeobachter biegt das Auto nach links ab, während sich der Ball in einer geraden Linie bewegt. Das Auto beschleunigt nach links in den Ball, und wenn der Ball landet, befindet er sich rechts von der Stelle, an der er fallen gelassen wurde. Für jemanden im Auto scheint das Auto jedoch still zu stehen und der Ball beschleunigt nach rechts.

Wenn Sie in die Raumstation springen, scheint es, als würden Sie, da Sie Dinge im Referenzrahmen der Raumstation wahrnehmen, in Richtung Boden beschleunigen. Diese scheinbare Beschleunigung besteht unabhängig davon, ob Sie die Raumstation berühren. Dass Sie im Referenzrahmen der Station beschleunigen, erfordert keinen physischen Kontakt mit der Station, da dies kein physikalisches Phänomen ist. Es ist einfach ein Attribut des Koordinatensystems.

All dies gilt lokal: Wenn Sie nach oben springen, ist Ihre Bewegung im Referenzrahmen der Station in kleinen Maßstäben dieselbe, als würden Sie durch die Schwerkraft nach unten gezogen.Dies ist eine Annäherung, die bei größeren Maßstäben zusammenbricht.Diese Abweichungen von der Näherung zeigen sich als andere Pseudokräfte wie die Coriolis-Kraft.Der Kontakt mit dem Boden ist insofern wichtig, als er Sie mit der Station in Bewegung hält und diese Abweichungen verringert.

Dies ist ein Trägheitsproblem. Die Formulierung Ihrer Frage setzt voraus, dass der Astronaut beim Springen an Trägheit verliert, was dazu führt, dass seine Aufwärtsbahn die einzige größere wirkende Kraft ist. Während der Drehung in einer stationären Position ist die Trägheit des Astronauten zu jedem Zeitpunkt vom Rotationspfad in einem Winkel von 90 Grad von der Verbindungslinie zwischen dem Astronauten und der Rotationsachse nach außen gerichtet. Wenn der Astronaut springt, bleibt diese Trägheit erhalten und es werden zwei neue Kräfte erzeugt, nämlich die Kraft, die der Astronaut auf die Raumstation ausübt (was zu einer vernachlässigbaren Beschleunigung seitens der Raumstation führt) und die Kraft, die die Raumstation auf den Astronauten ausübt ( was zu einer nicht zu vernachlässigenden Beschleunigung des Astronauten in Richtung der Rotationsachse führt). Die Relativgeschwindigkeit des Astronauten hängt linear mit der Vektorsumme der auf ihn einwirkenden Trägheitskraft sowie der Kraft aus seinem Sprung zusammen. Aus diesem Grund wird die vom Astronauten empfundene "Schwerkraft" durch die Winkelgeschwindigkeit des Stationsbodens bestimmt. Eine größere Winkelgeschwindigkeit bedeutet eine größere Trägheit sowie eine größere Zentripetalkraft (und Zentrifugalkraft), was bedeutet, dass eine größere Kraft (durch Springen aufgebracht) erforderlich ist, um dieselbe (relativ) vertikale Verschiebung zu erreichen

Das Gefühl, in einer künstlichen Schwerkraftkammer auf den Boden gedrückt zu werden, ist darauf zurückzuführen, dass der rotierende Boden den Astronauten in Richtung der Rotationsachse drückt, wenn der Astronaut (aus physikalischer Sicht) den Trägheitspfad weiter verfolgen möchte. Diese Kraft, die zu dieser zentralen Beschleunigung führt, ist die Zentripetalkraft, während die vom Astronauten auf den Boden der Raumstation ausgeübte Gegenkraft die Zentrifugalkraft ist

Sie finden diese Informationen in jedem grundlegenden Physikbuch auf Universitätsniveau. Achten Sie besonders auf Kapitel über Drehimpuls und Gravitations- / Kreiskräfte. Die Grundlagen der Physik von David Halliday und Robert Resnick habe ich am College verwendet.

Hier ist ein wirklich einfaches Experiment, das Sie jetzt durchführen können.

Sie stehen auf der Erdoberfläche, die sich je nach Breitengrad irgendwo zwischen 1000 und 1600 km / h dreht. Wenn Sie sich trauen, stehen Sie auf und springen Sie. Haben Sie plötzlich mit großer Geschwindigkeit seitwärts geschleudert? Nein. Ebenso wird eine von der Decke hängende Lampe nicht gewaltsam zur Seite geworfen, obwohl sie den Boden nicht berührt.

Ihr Schwung bleibt erhalten. Und Impuls ist Masse x Geschwindigkeit. Ihre Masse ändert sich beim Springen nicht, daher können wir nur über die Erhaltung der Geschwindigkeit sprechen.

Geschwindigkeit ist ein Vektor, der eine Größe und eine Richtung hat. Wenn Sie still stehen, fahren Sie beispielsweise mit 1200 km / h seitwärts, aber auch die Erdoberfläche, Ihr Haus und die Luft, damit Sie sie nicht wahrnehmen. Wenn Sie springen, behalten Sie diese Seitengeschwindigkeit von 1200 km / h bei und addieren eine Aufwärtsgeschwindigkeit von ca. 2 m / s. Da sich alles andere mit Ihnen seitwärts bewegt, ist alles, was Sie wahrnehmen, der vertikale Sprung.

Es bleibt jedoch nur Ihr linearer Impuls erhalten. Die Schwerkraft hält dich an der rotierenden Erde fest. Wenn Sie die Anziehungskraft der Erde irgendwie zunichte machen würden, würden Sie sich langsam und dann immer schneller wiederfinden und scheinen sich von der Erdoberfläche zu erheben. Ihr linearer Impuls trägt Sie in einer geraden Linie, aber die Erdoberfläche ist gekrümmt. Es scheint, als würde die Oberfläche abfallen, aber ohne dass die Schwerkraft Sie an der Oberfläche festhält, bewegen Sie sich in einer geraden Linie über eine gekrümmte Oberfläche.

Dieser Unterschied zwischen dem linearen und dem Drehimpuls ist die Coriolis-Kraft und hat praktische Auswirkungen auf die Erde und eine Raumstation. Auf der Erde wirbeln Stürme. Der viel kleinere Maßstab auf einer Raumstation kann subtile Auswirkungen haben, wenn Sie einen Ball werfen, eine Waffe abschießen oder sogar auf Ihr Innenohr.

Sie machen keinen Fehler, außer zu denken, dass "künstliche Schwerkraft" sein könnte nahezu konstant über eine Region, die so groß ist wie die Struktur selbst.Es wirklich immer gilt nur für eine Region, die "viel kleiner" als die Struktur selbst ist.

Ja, ein großer Sprung (auf dem Lenkrad auf und ab) könnte Sie durch die Luft schicken Mitte des Rades, wo Sie nur schweben würden.Oder einfacher gesagt, schnell laufen genug (rückwärts am Lenkrad) lässt Sie schweben.

Diese nicht konstante Variation Ihrer "künstlichen Schwerkraft" in der Raumzeit war bereits vorhanden erklärt als "Gezeitenkraft" im Kommentar von my2cts.

Das größte Problem bei der Annahme, durch einen "großen" Sprung "schwerelos" zu werden (Rückkehr in einen Null-G-Zustand), ist natürlich folgendes: Angenommen, das OP sprach von keiner erzeugten Mikrogravitation (. 2G oder weniger), aber näher an einer vollen Schwerkraft (Erdstandard), ist die Größe des "Raums", der erforderlich ist, um so viel Gezeitenkraft zu erzeugen. Je kleiner es ist, desto schneller müsste es sich drehen, um eine ausreichende Zentripetalkraft zu erzeugen, um den Eindruck dieser "Schwerkraft" zu erwecken, und je dünner das Band dieser "Schwerkraft", desto weiter von der Zone dieser "Schwerkraft" entfernt. je geringer die Kraft.

Wenn es sich also nicht um einen albernen, winzigen Spinnraum handelt, würde die Größe der "Station", die erforderlich ist, um ein "natürliches Gravitationsgefühl" zu erzeugen, die Fähigkeit des Astronauten, ohne Antrieb von außen zu springen, bei weitem übertreffen. In diesem Fall könnte er dann, wenn er dann in der Lage ist, sich außerhalb der funktionalen "Schwerkraft" in abnehmend beschleunigte Zonen zu bewegen (indem er seine eigene seitlich vermittelte Geschwindigkeit entfernt), schließlich das 0G-Zentrum der Station oder des Raums erreichen.

Mit dem zusätzlichen Konzept der Skalierung könnte man jedoch dasselbe von der Erde selbst sagen. Wenn Sie auf eine Höhe springen könnten, die hoch genug ist, könnten Sie 0 G erreichen (nicht wirklich, aber ausreichend Mikrogravitation, um nicht von 0 G zu unterscheiden). Dies gibt Anlass zum Nachdenken, da eine solche Station nicht nur ziemlich groß sein müsste, sondern dass Sie auch gleichzeitig einen Niederdruckanzug tragen sollten, da die Atmosphäre ziemlich dünn sein sollte, da der Stickstoff / Die Sauerstoffatmosphäre würde AUCH durch die Zentripetalkraft der Rotation der Station beeinflusst, wäre also nicht nur dünn, sondern würde definitiv nicht aus den richtigen Gasen zum Atmen bestehen (leichtere Gase steigen in das Zentrum des Spins auf) ... Zumindest bin ich das würde erwarten.

Während Sie auf dem Boden dieses rotierenden Raumfahrzeugs stehen, bewegen Sie sich tatsächlich seitwärts zusammen mit dem Boden.

Wenn Sie in einer geraden Linie seitwärts fahren, müssen Sie durch den Boden gehen, da sich der Boden in einem Kreis dreht, der die gerade Linie Ihrer Flugbahn kreuzt. Dies passiert natürlich nicht, weil Sie gegen den Boden drücken und der Boden gegen Sie drückt. Dieser Druck vermittelt den Eindruck von Schwerkraft und sorgt dafür, dass Sie sich mit dem Boden drehen.

Dieser Druck zwischen Ihnen und dem Boden verläuft senkrecht zu Ihrer Bewegungsrichtung.

Sobald Sie springen, wird kurzzeitig ein größerer Druck als erforderlich ausgeführt, um Sie in dem Kreis zu halten, in dem sich der Boden bewegt, sodass Sie sich vom Boden entfernen. Ihre Beschleunigung bis zum Verlassen des Bodens verläuft immer noch senkrecht zu Ihrer Seitwärtsbewegung. Die beiden heben sich also nicht auf, sondern bewegen sich in eine "diagonale" Richtung, die Sie vom Boden wegführt.

Sobald Sie den Boden nicht mehr berühren, fahren Sie auf einer geraden Linie fort. Jede gerade Linie innerhalb eines Kreises muss jedoch irgendwann wieder auf den Kreis treffen. An diesem Punkt fallen Sie zu Boden.

Wenn Sie Schwerelosigkeit in diesem Fahrzeug erleben möchten, müssen Sie Ihre Seitwärtsbewegung aufheben. Sie tun dies nicht durch Springen, sondern durch Gehen oder Laufen gegen die Drehrichtung, bis Sie die Seitwärtsbewegung aufgehoben haben.

Während Sie mit genau der richtigen Geschwindigkeit laufen oder laufen, können Sie einen winzigen Sprung machen, um vom Boden weg zu schweben.

Wenn Sie es genau richtig machen, schweben Sie im Inneren des Fahrzeugs, das sich immer noch um Sie dreht. Natürlich hat dir auch dein kleiner Sprung noch ein bisschen Geschwindigkeit in eine Richtung gegeben, sodass du irgendwann wieder auf den Boden stößt, der sich immer noch um dich dreht.

Nur ein vereinfachtes Beispielszenario, das zeigt, was die Winkelgeschwindigkeitsantworten sagen:

Nehmen Sie einen großen offenen Zylinder an, der als Joggingstrecke eingerichtet ist und einen ganzen rotierenden "Ring" einer Raumstation darstellt.

Anstatt zu springen, laufen Sie so schnell, wie sich der Streckenabschnitt dreht, aber in die entgegengesetzte Richtung. Sie scheinen beim Beschleunigen Gewicht zu verlieren, da Sie nicht mehr den Drehimpuls des Bodens haben, sondern etwas weniger.

Wenn Sie die Geschwindigkeit erreichen, mit der sich die Station dreht, sind Sie schwerelos und heben vom Boden ab (wenn Sie nicht zuerst die Traktion verlieren). Wenn Sie sich auf diese Weise über dem Boden befinden, sind Sie schwerelos.

Dies bedeutet auch intuitiv, dass Sie schwerer werden würden, wenn Sie mit dem Spin der Station laufen würden.

Wenn Sie es so sehen, können Sie sehen, dass das Springen an sich nichts bewirken würde.

tl; dr

Problem 1: Nachdem Sie schwerelos geworden sind, dreht sich die Luft wahrscheinlich mit dem Boden der Schiene, so dass sie Ihren Körper drückt und ihm wieder einen Drehimpuls verleiht. An diesem Punkt werden Sie zurück an die Oberfläche "gezogen". Wenn es ein Teilziel dieses Trainingsraums war, Ihr Gewicht ändern zu können, konnten sie den Boden und die Wände ziemlich glatt machen, so dass die Luft (meistens) an Ort und Stelle blieb und die Drehung insgesamt ignorierte. Wenn dies der Fall wäre, würden Sie mit einem Wind auf Ihrem Rücken beginnen, aber je schneller Sie rannten, desto schwächer würde der Wind werden und wenn Sie schwerelos würden, würde Sie keine Luft drücken.

Problem 2: Um die Geschwindigkeit der Station zu erreichen, muss die Startgravitation möglicherweise weniger als 1 g betragen. Ich bin mir der Mathematik überhaupt nicht sicher, aber ich bin mir sicher, dass Sie mit der richtigen Startgeschwindigkeit laufen können, bis Sie schwerelos sind .

Wenn Sie den Film "Interstellar" gesehen haben, sehen Sie einige Typen, die in einem riesigen rotierenden Zylinder im Weltraum Baseball spielen.Die Rotation ist so, dass sie die gleiche Gravitationskraft (aber künstliche Kraft) wie auf der Erde erfahren.
Der Ball wird von einem von ihnen getroffen und trifft den Raum eines Hauses weit oben (laut jemandem, der in diesem Zylinder steht).
Nachdem der Ball getroffen wurde (entspricht einem großen Sprung), bewegt er sich in einer geraden Linie, da er sich jetzt frei und ohne Beschleunigung bewegt.Nach einiger Zeit ist es also has, den Zylinder erneut zu treffen.Wo es auf den Zylinder trifft, hängt natürlich von der Geschwindigkeit ab, die dem Ball gegeben wird.
Gleiches gilt für einen Mann, der aufspringt.

Angenommen, Sie werden entführt, und wenn Sie wieder zu sich kommen, beschleunigen Sie in der Luft in einem quaderförmigen Raum nach unten. Dieses Szenario kann sich aus zwei Möglichkeiten ergeben:

1. Der quaderförmige Raum befindet sich auf der Erde. Die Beschleunigung, die Sie wahrgenommen haben, als Sie sich bewusst wurden, war einfach die Anziehungskraft der Erde.

2. Sie haben das Bewusstsein in einem quaderförmigen Raum wiedererlangt, der im Raum schwebt und mit einer Beschleunigung von 9,8 $ m / s ^ 2 $ nach oben beschleunigt (entlang der Richtung, in die Ihr Kopf zeigt) span>

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In beiden Szenarien befinden Sie sich in der Luft und können eine auf Sie wirkende Kraft wahrnehmen. Im zweiten Szenario ist die Kraft, die Sie wahrnehmen, nur, weil Sie Dinge aus einem beschleunigten Rahmen betrachten. Beide Szenarien sind aus Ihrer Sicht nicht zu unterscheiden. Dies ist eigentlich die Idee von Einsteins Äquivalenzprinzip (diese Schwerkraft ist tatsächlich nicht von Pseudokräften zu unterscheiden)

Dasselbe passiert, wenn Sie sich in einer rotierenden Zentrifuge in der Luft befinden. Ihr Geist nimmt die Zentrifuge als eine feste unbewegliche Phase wahr, wenn Sie sich in ihr befinden. Das stimmt aber nicht. Diese angeblich feste Stufe beschleunigt sich tatsächlich zu jeder Zeit. Aber da du drin bist, denkst du, dass du derjenige bist, der beschleunigt. Und Sie nehmen diese 'Kraft' jederzeit auf Sie wahr, egal ob Sie sich in der Luft befinden