Rotierender Zylinder im Weltraum

Hallo,

viele von euch werden ja den Film Interstellar gesehen haben? Und da ist mir eine Frage in den Kopf geschoßen.

Achtung Spoiler - für alle die den Film noch nicht gesehen haben!

Am Ende wo alles gut gegangen ist, befinden sich ja die Charaktere auf einer Station im Weltraum die Zylindrisch geformt ist. Und man sieht auch eine kurze Szene wo Kinder Baseball-Spielen und der Ball von der einen Seite des Zylinders auf die andere durch ein Fenster fliegt.

Jetzt meine Frage:

Wenn man eine solche zylindrische Form hat und diese rotieren lässt, sollte an den Innenseite ja eine Gravitation entstehen. Jedoch müsste es eigentlich einen Punkt in der Mitte dieser Form geben wo die Gravitation aufgehoben wird bzw. wo die Gravitation zu allen Seiten hin gleich ist und man sozusagen dort Null-Gravitation hat??

Lieg ich hier richtig oder hab ich da einen Denkfehler??

LG

Gravitation ist nicht das richtige Wort, das ist eigentlich die Fliehkraft. Aber ja, in der Nähe der Rotationsachse wird die 0, also, du könntest den Ball auf die andere Seite des Zylinders werfen und er würde da liegen bleiben.

Mercom schrieb:Lieg ich hier richtig oder hab ich da einen Denkfehler??

Du gravitierst genau richtig. :D Wobei es noch einen anderen Effekt gibt, den man aus den Erfahrungen hier auf der Erde nicht so direkt kennt, die Gezeitenkräfte -> Wikipedia: Gezeitenkraft. Denn die Fliehkraft nimmt ja ab, je näher du dem Rotationsmittelpunkt kommst.
Als Beispiel zur Verdeutlichung: Am Rande des Zylinders bekommst du "normale Gravitation", aber schon einen Meter über der Oberfläche (auf der du dich ja befindest, die Innenseite des Zylinders) hast du nur noch 90% dieser Gravitation. Dazu ein Artikel der Deutschen Raumfahrt Gesellschaft -> http://www.drg-gss.org/typo3/html/index.php?id=68 (Archiv-Version vom 23.03.2016)

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!

Eine solche künstliche Gravitation ist somit nicht ganz ohne Nebensächlichkeiten.
-TR

Vielleicht noch eine Ergänzung: Der Ball würde im Vergleich zur Erde zumindest bei kleinen Abmessungen des Zylinders (hohe Rotationsgeschwindigkeit) eine merkwürdige Bahn fliegen, weil die (Dreh-)Impulserhaltung ihn mit der selben Tangentialgeschwindigkeit weiterfliegen lassen will. Daher überstreicht der Ball sobald er sich der Rotationsachse nähert in der selben Zeit einen größeren Winkel als du, was für dich so aussieht als würde er eine Kurve fliegen obwohl du ihn gerade nach oben geworfen hast.

Kann man also einen Ball hochwerfen, und bei der richtigen Wurfkraft bliebe der auf der Rotationsachse "hängen"? Andere Gravitationseinflüsse mal außenvorgelassen, man ist ja immer irgendwelchen Schwerkräften ausgesetzt, außer vielleicht tief im intergalaktischen Raum.

Das Konzept wurde übrigens von einer sehr bekannten SciFi Videospielserie übernommen, welche erstmals 2007 erschien . Ich glaub auch in irgendeinem anderen Film mit Matt Damon im vorletzten Jahr.

Für mehr Inspirationen: Googlebildersuche -> mass effect citadel



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Dahergelaufen schrieb:Kann man also einen Ball hochwerfen, und bei der richtigen Wurfkraft bliebe der auf der Rotationsachse "hängen"?

Ein Mathematiker könnte dir sicher genau ausrechnen, dass es möglich wäre, aber realisieren lässt sich so was nicht.

Dahergelaufen schrieb:Kann man also einen Ball hochwerfen, und bei der richtigen Wurfkraft bliebe der auf der Rotationsachse "hängen"?

Du denkst an eine Art von Lagrange-Punkt?

@Peter0167
Ja, so in etwa dachte ich mir das.

@TotalRecall

Weniger ich als der TE. :) Aber Lagrange ist ja auch eine ganz andere Sache, oder? Weniger ein Fehlen einer Kraft als der Ausgleich zwischen zwei Krafteinflüssen(Wenn ich es richtig verstanden habe, ich bin ja nur ein interessierter Laie).

@Peter0167
Wäre das nicht eine extrem labile Position?

ToroInoue schrieb:Für mehr Inspirationen: Googlebildersuche -> mass effect citadel

Die Innenansichten passen zu einem Torus, die Außenansichten zu einem Zylinder, irgendwie hats da das Designbüro verbockt.


Anyway, Babylon 5 dürfte die wohl beste Darstellung sein, wie so ein Zylinder aussehen könnte, von Innen wie außen.


EDIT: Ich glaube in einer Folge wurde auch die "Schwerelosigkeit" im Zentrum der Drehachse genutzt.

@Total_Recall

Total_Recall schrieb:Wäre das nicht eine extrem labile Position?

Ein antriebsloser Körper kann so eine Position nicht lange halten, auch wenn man ihn exakt platzieren würde. Der sprichwörtliche Ritt auf einer Rasierklinge, wäre verglichen damit, wie die Fahrt auf einer 8spurigen Autobahn. :D

@kalamari

Von außen ist es auch ein Torus. Die Innenansicht auf den Bildern ist der kleine Ring von außen. Die 5 großen Tragflächen können geschlossen werden, sodass es zu einem Zylinder werden kann. Auf diesen sind auch Gebäude.

Dahergelaufen schrieb:Kann man also einen Ball hochwerfen, und bei der richtigen Wurfkraft bliebe der auf der Rotationsachse "hängen"?

Welche Kraft sollte den geworfenen Ball denn ausbremsen? Luftwiderstand und Gravitation wirken zwar, sind aber minimal. Du müßtest schon z.B. auf ner Leiter bis in die Mitte hochsteigen, den Ball dort hinhalten und dann behutsam die Hände wegnehmen. Dann bliebe der Ball - zunächst - dort "liegen".

Bei der Gravitation gibt es im freien Fall eine Geschwindigkeitszunahme; bei hochgeworfenen Objekten erst einmal ein "Abbremsen". Die Fliehkräfte eines rotierenden Zylinders bewirken beim freien Fall hingegen keine solche Beschleunigung. Halt einen Ball hoch und laß ihn los, er fliegt auf geradem Weg und mit konstanter Geschwindigkeit parallel zum Boden, auf dem Du stehst, seitlich in die Rotationsrichtung fort. Da Du Dich mitbewegst, siehst Du ihn in einer leicht gekrümmten Kurve nach unten fallen.

perttivalkonen schrieb:Halt einen Ball hoch und laß ihn los, er fliegt auf geradem Weg und mit konstanter Geschwindigkeit parallel zum Boden, auf dem Du stehst, seitlich in die Rotationsrichtung fort.

Müsste er nicht schräg zu Boden fallen? Bis zum Moment des Loslassens bewegt sich der Ball doch auf einer Kreisbahn parallel zur Zylinderwand. Er hat also Drehimpuls, und beim Loslassen müsste die Trägheit ihn m.M.n. schräg zu Boden fallen lassen.

ToroInoue schrieb:Das Konzept wurde übrigens von einer sehr bekannten SciFi Videospielserie übernommen, welche erstmals 2007 erschien .

Arthur C Clarke schrieb 1973 "Rendezvous with Rama", bei dem ein zylindrisches Raumschiff (Rama genannt) auf die Erde zufliegt und von Astronauten untersucht wird (es folgten noch weitere Bücher). 1996 machte Sierra unter Mitwirkung Clarkes daraus ein Adventure des selben Titels (auf deutsch dann "Rendezvous im Weltraum"). Rama war so 50*20km groß.

@perttivalkonen

perttivalkonen schrieb:Arthur C Clarke schrieb 1973 "Rendezvous with Rama", bei dem ein zylindrisches Raumschiff (Rama genannt) auf die Erde zufliegt und von Astronauten untersucht wird (es folgten noch weitere Bücher). 1996 machte Sierra unter Mitwirkung Clarkes daraus ein Adventure des selben Titels (auf deutsch dann "Rendezvous im Weltraum"). Rama war so 50*20km groß.

Wusste ich bisher noch nicht. Danke für die Info. :D

perttivalkonen schrieb:Arthur C Clarke schrieb 1973 "Rendezvous with Rama",

Ich biete 2001 Odyssee im Weltraum http://www.kino.de/kinofilm/2001-odyssee-im-weltraum/751 aus 1968.

@Peter0167

Ich sprach von "gekrümmt", falls Du das meinst. Aber eigentlich bewegt sich nicht der Ball auf einer gekrümmten Bahn, sondern der Boden unter dem Ball, eben auf einer Kreisbahn. Daher nimmt die Distanz zwischen Ball und Boden immer mehr ab, und zwar je länger desto schneller.

Da auch der Boden sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, die Bewegungsrichtung sich aber ändert, bewegt sich der Ball auf den Boden zu auf einer gekrümmten Bahn. Erst ein wenig entgegen der Rotationsrichtung (da er weiter dran am Rotationszentrum ist, ist er langsamer als der Boden), und dann eben auf einer Bogenlinie hin in Richtung Drehbewegung. Quasi Corioliskraft mal anders.

Peter0167 schrieb:Ein antriebsloser Körper kann so eine Position nicht lange halten, auch wenn man ihn exakt platzieren würde. Der sprichwörtliche Ritt auf einer Rasierklinge, wäre verglichen damit, wie die Fahrt auf einer 8spurigen Autobahn.

Man nennt so etwas eine instabile Ruhelage. In exakt diesem Punkt ist die Kraft in Summe zwar 0, aber bei der kleinsten Bewegung in eine Richtung nimmt die Kraft in diese Richtung zu und der Ball fällt aus der Ruhelage.