שְׁאֵלָה:
האם אסטרונאוט שנופל חופשי יכול לשנות את הסיבוב והכיוון שלו?
LocalFluff
2014-12-09 22:24:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

תאר לעצמך שאסטרונאוט במהלך EVA נחתך מתחנת החלל ונופל ממנו בצורה נופלת. ללא שום אובייקט זר או אוויר לאינטראקציה איתו, האם הוא יכול היה להפסיק לטלטל ולהסתובב ולהסתובב שוב ולהפנות לעבר תחנת החלל? ניתן לשנות את מהירות הסיבוב על ידי התפשטות שלנו או התכרבלות. אך האם ניתן לשנות או להפנות את המומנטום הזוויתי?

מדוע האסטרונאוט "ייפול" מתחנת החלל?
אם האסטרונאוט היה מעל או מתחת לתחנה הם היו מתרחקים מהתחנה במובן יחסית. אם הם היו גבוהים יותר, תקופת המסלול שלהם הייתה איטית יותר. אם הם היו נמוכים יותר, תקופת המסלול שלהם הייתה מהירה יותר.
פיזיקאים חתוליים, אני אוהב את זה
חָמֵשׁ תשובות:
Mark Adler
2014-12-10 01:05:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

המומנטום הזוויתי נשמר. צריך לפלוט או להיספג משהו כדי לשנות את המומנטום הזוויתי. ניתן לשנות את קצב הסיבוב על ידי שינוי רגעי האינרציה של האובייקט, כפי שעושה מחליק. אבל המומנטום הזוויתי קבוע אלא אם כן יש להם רקטה או מסה אחרת שהם יכולים להיפטר ממנה, מפרש סולארי (והרבה זמן), דרך להגיב נגד השדה המגנטי של כדור הארץ, או אם מישהו זורק לעברם משהו שהוא לתפוס. שיפוע הכבידה של כדור הארץ יכול גם להפעיל מומנט כנגד המומנטום הזוויתי.

הם יכולים להאט את קצב הסיבוב שלהם לא מעט עם שתי מסות על מיתרים ארוכים שהם משמיעים. אם אז ישחררו את המיתרים, זה היה פולט את המומנטום הזוויתי שהועבר להמונים. הייתי שומר על כמה כאלה בכיסי.

כיוון זה עניין אחר. אם לאסטרונאוט יש בערך קצב סיבוב אפס, הם יכולים לשנות את הדרך בה הם פונים מבלי לגעת בשום דבר. ישנם סרטונים על כך שנעשים בתחנת החלל. (אני חושב שאתה יכול למצוא דוגמה בתשובה אחרת כאן איפשהו.) חתולים עושים זאת גם בנפילה חופשית. אתה יכול לעשות זאת גם אם אתה מסתובב, אך התוצאה קשה יותר לראות. ציר הסיבוב שלהם אינו יכול להשתנות, מכיוון שזה נקבע על ידי המומנטום הזוויתי שלהם, אך ניתן לשנות את כיוון הגוף ביחס לציר הסיבוב.

מה עם נוזלים המשתרכים בתוך הבטן? מהו מסגרת הזמן המשוער להתפוגגות המומנטום?
אני גם חושב על ייצוב שיפוע הכבידה :)
האנרגיה הזוויתית של @DeerHunter: יכולה להתפוגג אם לאובייקט יש גמישות מסוימת (כמו בוריטו אמש), אך מומנטום זוויתי לא יכול. פיזור זה ישמש לשינוי כיוון רגעי האינרציה כדי למזער את האנרגיה הזוויתית. מסגרת הזמן תלויה בקצב פיזור האנרגיה ובכמות האנרגיה הזוויתית שניתן להפחית.
@DeerHunter: אחד טוב. אוסיף שיפוע כוח משיכה לרשימה.
בנוגע ליכולת לשנות אוריינטציה, הנה סרטון (שראיתי בשידור חי בזמן סיור ב- MCC) של ריד ויסמן וסטיב סוונסון שעושה בדיוק את זה: https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=960CsCgI6Jg#t= 104
כדי להוסיף עוד חומר למחשבה - אתה אמור להיות מסוגל להעביר את המומנטום הזוויתי שלך לאובייקט אחר מבלי לוותר עליו. אם היה לך משקל בכיס וחתיכת חוט, היית יכול להניף את המשקל מעל הראש שלך, ואם היית זווית נכונה, היית מפסיק להסתובב. אתה מגביר את מהירות הזווית של המשקל על מנת להקטין את העצמך. המומנטום הזוויתי שלך והמשקל בכללותו לא השתנו.
מן הסתם יש לציין כי אסטרונאוט בחליפת EVA כנראה חסר את הזריזות וחופש התנועה לעשות את ריקוד שינוי האוריינטציה, מכווץ כפי שהתביעה היא.
Erik
2014-12-09 22:29:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

יש רק שתי דרכים שהוא יכול לעשות זאת.

הראשונה היא אם יש לו משהו שהוא יכול להסתובב בתוך החליפה שלו - בערך כמו CMG אישי. זה למעשה "יספוג" את המומנטום הזוויתי. זה כנראה יצטרך להסתובב מהר או להיות חלק משמעותי ממסת האסטרונאוט.

השני הוא אם הוא יכול לזרוק משהו כמסת תגובה כדי לנטרל את הסחרור. האסטרונאוט יצטרך לזרוק את המיסה בצורה די מדויקת כדי לאפס את הסיבוב שלו. לכך תהיה התוצאה השלילית (אולי) של הקניית שינוי במומנטום הליניארי. לא קשה מדי אם מדובר במנוע גז קר. קשה יותר אם זה כדור טניס ...

dotancohen
2014-12-09 23:27:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

בנוסף לתשובה הנהדרת של אריק, שהיא 100% נכונה, ישנה שיטה תיאורטית נוספת שהאסטרונאוט יכול להשתמש בה כדי לשנות את הסיבוב והסיבוב שלו.

אני באמת לא חושב שאדם היה מעלה זאת לבדו, אך אם אסטרונאוט כבר היה מכיר את הרפלקס המתאים לחתול, הוא יכול היה לתקן את עצמו באופן תיאורטי על ידי העברת מומנטום זוויתי לתוספות שונות ואז לשנות את מינוף התוספת ולחזור המומנטום הזוויתי. בעיקרון, משמעות הדבר היא להאריך את הרגליים, לסובב את הגוף, להחזיר את הרגליים פנימה, ואז להאריך את הידיים, לסובב את הגוף ואז להחזיר את הידיים פנימה. חזור על פי הצורך.

הנה סרטון של חתול מבצע את התמרון, ואת סרטון המוצא החכם מדי יום.

http://mashable.com/2014/11/22/cats-vs-astronauts/
והנה העיתון: http://pentagono.uniandes.edu.co/~jarteaga/geosem/taller7/minicursoJK-Uniandes/robotic%20examples/kane.pdf
זה עובד רק עבור אותו חתול מכיוון שהחתול פוגע בקרקע. אם החתול לא היה פוגע בקרקע, הוא ימשיך להסתובב. צעד מדהים בכל זאת.
זו תפיסה מוטעית נפוצה. אתה יכול "לזרוק" באופן זמני את המומנטום הזוויתי שלך לאיבר ולהרחיק אותו ממך, אך אם לא תנתק את האיבר, בסופו של דבר אתה מסתובב באותו קצב - אותו תוכל לראות בסרטון שקישרת. שינויים קטנים וקבועים אפשריים גם בגלל התנגדות אוויר.
@Erik: לא, זה לא תלוי בחתול שיעצור את הסיבוב שלה (אם בכלל) עם ההשפעה. אם תפיל חתול הפוך עם אפס סיבוב, החתול תתקין את עצמה, עדיין עם אפס סיבוב, לפני שתכה בקרקע (אם תתן לה מספיק גובה).
@MarkAdler כן - שיעורי הסיבוב תואמים לפני ואחרי המעבר. אתה בהחלט יכול לשנות את האוריינטציה שלך - אבל לא את המומנטום הזוויתי שלך.
אני מסכים עם אריק. יש לשמור על המומנטום הזוויתי. האסטרונאוט יכול אולי לכוון את עצמו מחדש, אך קצב הסיבוב לפני ואחרי התמרון יהיה זהה, אלא אם כן האסטרונאוט יכול להאריך את תוספותיו כדי להאט אותו.
(Offtopic אבל: על פי מחקרים אפידמיולוגיים, אם אתה נותן לחתול מספיק גובה וזמן - חלונות גורדי שחקים - הוא יכוון תחילה, ואז תאמץ תנוחת צניחה חופשית כדי לעצור סיבוב, להגביל את המהירות הסופית ולהפיץ כוחות פגיעה רחבים ככל האפשר ואז הרפו מה שמאפשר חלוקה אחידה של כוחות באופן שווה. ההישרדות למעשה משתפרת מעל טווח גובה מסוים מכיוון שלחתול יש מספיק זמן להשלים את הרצף הזה.)
Kirkaiya
2014-12-10 01:20:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

בעוד שהתשובות של אריק ומארק נכונות מבחינה טכנית, אסטרונאוט עשוי (לפחות, תיאורטית) לנסות משהו מסוכן בשעת חירום:

אם לאסטרונאוט היה משהו חד איתו כדי ליצור חור בחליפה שלו / אחרת, או אחרת יש בחליפה מצורף שניתן לקרוע אותו, יתכן שהוא יוכל להשתמש באוויר הלחץ בתוך החליפה כמעין מנוע משמרת. הצבעה בכיוון הנכון (סיבוב), אפשר לשלול כמות קטנה של סיבוב (במחיר של חלק מהאוויר בחליפה, כמובן). זה משהו שתנסה רק אם האלטרנטיבה הייתה מוות בטוח, כמובן ...

זה יהיה מוות בטוח כתוצאה.
שים לב שבמקרה האחרון של חליפת EVA במילוי מים ב- ISS, האסטרונאוט שקל לשקול לפתוח את שסתום הלחץ כדי להוציא חלק מהמים.
@DeerHunter - לא אם הייתה לו דרך כלשהי לעצור את הדליפה (מה שהוא היה צריך לעשות בכל מקרה כדי לשמור על השליטה לאחר ייצוב הסיבוב שלו). ובהנחה שלחליפה שלו + אספקת אוויר יש מספיק מסה כדי לעצור את הסיבוב שלו לפני שהלחץ יהיה נמוך מדי לנשימה. אולי חור קטן באצבע הכפפה כדי לפרוק את האוויר, עם צבת כדי לסגור אותו. למרות שקביעה ניסיונית של הזרימה והכיוון הנכונים לעצור את הסיבוב הלא רצוי נראית בלתי סבירה במצב חירום.
keshlam
2014-12-10 11:17:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

נאס"א הוכיחה שזה יכול לעבוד, בערך בשנת 1970. אם זה קורה, זה חייב להיות אפשרי.

למי שלא מאמין בפיזיקה: T.R. קיין ומ.פ. שר מסטנפורד, קליפורניה, בכתב העת הבינלאומי למוצקים ומבנים: "הסבר דינמי לתופעת החתול הנופל."

בחיפוש אתרים יופיעו תמונות של אסטרונאוטים (על טרמפולינות, בעיקר, ולא בחינם). סתיו) ביצוע מהלך זה.



שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...