Zentrifugalkraft in der Schwerelosigkeit ?

Wissenschaft Astronomie
#1

Hallo,

mich beschäftigt schon länger die Frage, wie es wohl wäre, wenn sich in einem Raumschiff eine Zentrifuge drehen würde.
Würde der Inhalt an die Aussenwand gedrückt werden- wie auf der Erde?
Im ersten Gedanken schon.
Aber bei dem Gedankenspiel, dass sich nicht das Teil (der Inhalt) um den Mittelpunkt der Zentrifuge beschleunigt wird, sondern sich die Zenrtifuge mit samt dem Raumschiff um das Teil dreht, sieht es anders aus. Das Teil wird ja nicht mehr beschleunigt.
Es ist also eine Frage des Bezugspunktes ( ich kann das Raumschiff, wie auch das Teil still sehen).
Klebt das Teil nun an der Wand oder nicht ?

Danke
Steffen

#2

Hallo Steffen,

eine Zentrifuge arbeitet in der Schwerelosigkeit ganz genauso wie in einem Schwerefeld.
Wie Du schon richtig angenommne hast, erfolgt die Beschleunigung in Richtung Kreismittelpunkt.
Zumal bei einigen Zentrifugen g-Werte von einigen Hunderttausend erreicht wird, da spiel das eine g nun wahrlich keine Rolle.

Gandalf

#3

Hallo,

Aber bei dem Gedankenspiel, dass sich nicht das Teil (der
Inhalt) um den Mittelpunkt der Zentrifuge beschleunigt wird,
sondern sich die Zenrtifuge mit samt dem Raumschiff um das
Teil dreht, sieht es anders aus. Das Teil wird ja nicht mehr
beschleunigt.
Es ist also eine Frage des Bezugspunktes ( ich kann das
Raumschiff, wie auch das Teil still sehen).

das Bezugssystem, in dem die Zentrifuge still steht und sich das Raumschiff dreht, rotiert gegenüber dem übrigen Universum (Fixsternhimmel). Wenn sich aber das ganze Universum um dich herum dreht, treten Corioliskräfte auf, die just der Fliehkraft aus dem anderen Bezugssystem entsprechen, in dem das Universum still steht.

–
PHvL

#4

Hi,

Kräfte auf Gegenstände wirken nicht in sogenannten Intertialsystemen, das sind Systeme, die ruhen oder sich gleichförmig dahinbewegen (ohne Richtungsänderung, ohne Antrieb oder Bremse).

Rotiert ein Raumschiff, so stellt es kein Intertialsystem mehr dar, da alle Teile des Raumschiffs samt Inhalt eine beständige Richtungsänderung erfahren, eben auf eine nichtgerade Kreisbahn gezwungen werden. Dazu bedarf es einer Kraft - der „Kreisbeschleunigung“. Diese Kraft wirkt z.B. durch die Außenwand des Schiffs auf die armen Astronauten, die dagegen gepresst werden.

Eine Kreisbewegung ist eine Beschleunigung.

Es zählt also nicht, was man „sieht“, sondern was man „fühlt“. Befindest Du dich in einem Raum, gegen dessen Außenwände du ständig gepresst wirst, dann kannst Du annehmen, daß dieser Raum um seinen Mittelpunkt rotiert.

Angenommen Du schwebst geradeaus ohne Halt durch das Raumschiff auf einen Bildschirm zu, während es rotiert (und Du weißt gar nicht, daß es rotiert), dann wirst Du den Schirm verfehlen, da sich das Raumschiff weiterdreht. Da Du nicht weißt, dass es sich dreht, nimmst Du an, das eine Kraft (eine „Scheinkraft“) Dich abgelenkt hat.

Gruß
Moriarty

#5

Hallo,

vielen Dank für die schnellen und einleuchtenden Erklärungen.
Nun frage ich mich nur noch, wieso eine Raumstation nicht aus zwei sich entgegengesetzt drehenden Zylindern ( die zusammen einen langen Zylinder ergeben)besteht.
Würden diese nun schnell rotieren und die Astronauten während der Beschleunigungsphase angegurtet sein, so müssten sie doch eine nach aussen gerichtete Beschleunigung erfahren ?!
Vorausgesetzt diese Zylinder wären sehr gross, sodass die 2m der Astronauten eine einigermassen homogene Beschleunigung erfahren.
Bis auf das Problem mit dem Wechsel zwischen den beiden Zylindern (höhö) müsste es doch funktionieren, oder ?!

Danke
Steffen

#6

Hallo,
so oder ähnlich wird das früher oder später auch kommen .

Notwendig wird das dann werden, wenn Menschen längere Zeit
ununterbrochern im All bleiben müssen/wollen (z.B.
interplanetare Reisen oder lange Forschungsaufenthalte
in Orbitalstionen).
Momentan ist es noch Aufwand, der nicht lohnt. Bei paar den paar
Leuten mit max. paar Monaten Aufenthalt in Schwerelosigkeit.

Außerdem ist zur Zeit ja gerade die Schwerelosigkeit noch
von Interesse (medizinisch und auch für wissenschaftl. Experimente).

Gruß Uwi

vielen Dank für die schnellen und einleuchtenden Erklärungen.
Nun frage ich mich nur noch, wieso eine Raumstation nicht aus
zwei sich entgegengesetzt drehenden Zylindern ( die zusammen
einen langen Zylinder ergeben)besteht.
Würden diese nun schnell rotieren und die Astronauten während
der Beschleunigungsphase angegurtet sein, so müssten sie doch
eine nach aussen gerichtete Beschleunigung erfahren ?!
Vorausgesetzt diese Zylinder wären sehr gross, sodass die 2m
der Astronauten eine einigermassen homogene Beschleunigung
erfahren.
Bis auf das Problem mit dem Wechsel zwischen den beiden
Zylindern (höhö) müsste es doch funktionieren, oder ?!

Danke
Steffen

#7

eine Zentrifuge arbeitet in der Schwerelosigkeit ganz genauso
wie in einem Schwerefeld.
Zumal bei einigen Zentrifugen g-Werte von einigen
Hunderttausend erreicht wird, da spiel das eine g nun wahrlich
keine Rolle.

Das eine g wirst du schmerzlich vermissen wenn du die Zentrifuge abstellst :smile:
also wirds in nächster zeit wohl keine zentrifuge im all geben

#8

Hi,

Das eine g wirst du schmerzlich vermissen wenn du die
Zentrifuge abstellst :smile:

eine (Ultra)Zentrifuge hat üblicherweise eine Wirbelstrombremse, weil jede nochso kleine Reibung das Ding zerlegen würde!

also wirds in nächster zeit wohl keine zentrifuge im all geben

Da hat es aber schon einige Modell im Spaceshuttle gegeben. Hab mal persönlich mit Ulf Merbold über seine Versuche gesprochen.

Gandalf

#9

Hi,

Das eine g wirst du schmerzlich vermissen wenn du die
Zentrifuge abstellst :smile:

eine (Ultra)Zentrifuge hat üblicherweise eine
Wirbelstrombremse, weil jede nochso kleine Reibung das Ding
zerlegen würde!

ich meinte folgendes: der dichteunterschied der zur auftrennung der verschiedenen substanzen führt wirkt sich nur in einem schwerefeld aus, das heisst ohne schwerkraft hat nach dem abstellen der zentrifuge alles dass selbe gewicht (=0) (nicht masse)und somit die selbe dichte und alles vermischt sich sofort wieder.
anders gesagt: öl und wasser lösen sich auch im weltall nicht ineinander aber ohne beschleunigung (=kraft) die nach dem abstellen der zentrifuge weg ist bilden sie bei der geringsten erschütterung wieder eine emulsion. noch einwände(es ist auch möglich, dass ich daneben liege, ich kenn mich damit auch nicht sooo gut aus)?

#10

Hi,

anders gesagt: öl und wasser lösen sich auch im weltall nicht
ineinander aber ohne beschleunigung (=kraft) die nach dem
abstellen der zentrifuge weg ist bilden sie bei der geringsten
erschütterung wieder eine emulsion.

soooo schnell bildet sich keine Emulsion, weil das ein Vorgang ist, der nicht spontan abläuft, es muß sogar eine recht große Menge Energie aufgebracht werden, weil die Oberflächenspannung überwunden werden muß.
Zudem werden mit Zentrifugen nicht nur Flüssigkeiten getrennt sondern häufig auch Feststoffe von Flüssigkeiten, z.B. Bakteriensuspensionen werden zentrifugiert, damit die Zellen von der Kulturbrühe getrennt werden. Filtrieren ist da häufig sehr mühsam, weil die Filter zulaufen und in Mikrogravitation ist ‚normale‘ Filtration nicht möglich.
Wenn die Suspension zentrifugiert wurde, ist das Sediment meist so fest, daß man problemlos die Flüssigkeit abnehmen kann, ohne daß etwas redispergiert.

Gandalf