[Mechanica] Gewichtloosheid

kotje

Waarom zijn de astronauten in het internationaal ruimtestation gewichtloos?

Jan van de Velde

Omdat de aantrekkingskracht van de aarde gelijk is aan, maar tegengesteld van richting aan de centrifugaalkracht als gevolg van de baan die het ISS inclusief astronauten rond de aarde beschrijft.

kotje

Als iets in vrije val is en men verwaarloost de luchtweerstand dan is het ook gewichtloos. Spring even uit een vliegtuig met een weegschaal onder je voeten.Wat zal ze aanwijzen?Ik denk niet dat we er met centrifugaalkracht komen.

Pelletje

Als iets in vrije val is en men verwaarloost de luchtweerstand dan is het ook gewichtloos. Spring even uit een vliegtuig met een weegschaal onder je voeten.Wat zal ze aanwijzen?Ik denk niet dat we er met centrifugaalkracht komen.

Klopt. Zoals Douglas Adams al zei in "the hitchhiker's guide to the galaxy": de truuk van vliegen is te vallen en zorgen dat je grond mist. Dat is precies wat die astronauten doen. Ze vallen continue naar het middelpunt van de aarde toe. Maar dankzij de snelheid die ze hebben die loodrecht op de zwaartekracht staat missen ze de aarde volledig en vallen ze in een cirkeltje rond de aarde. De centrifugaalkracht is een schijnkracht die geintroduceerd wordt als je je coordinatenstelsel zodanig kiest dat-ie meedraat met de astronauten.

Ruben Kwast

Als je uit een vliegtuig springt, heb je behoorlijk wat luchtweerstand hoor

Wat Jan van de V volgens mij bedoeld is dat het ISS in een soort niemandsland zit. Daardoor worden het station niet naar de aarde toegetrokken, maar is de centrifugalekracht ook niet dusdanig hoog dat ze de ruimte in worden geslingerd.

Jan van de Velde

Het ISS is permanent in vrije val, is eigenlijk een betere uitleg, die echter op hetzelfde neerkomt.

Tegelijkertijd heeft het ISS een snelheid die haaks staat op de verticaal (naar het massamiddelpunt van de aarde)

Deze twee snelheden geven een resultante snelheid in een richting die het ISS op een constante afstand van de aarde houdt, een cirkelbeweging dus, waarvan ik een klein stukje overdreven heb getekend.

Het ISS valt dus eigenlijk steeds, maar door zijn (juist gekozen) horizontale snelheid valt het steeds "voorbij" die aarde, waardoor de hoogte constant blijft. 8)

kotje

Ik meen dat we afdwalen van ons onderwerp. De vraag was waarom gewichtloos?Dit zal toch dezelfde reden zijn van dit vliegtuig met weegschaal, zonder luchtweerstand. Ik meen te mogen beweren dat een voorwerp in vrije val gewichtloos is(geen luchtweerstand). Ik meen dat dit de vraag is die moet beantwoord worden en dat van ernaast vallen is zeer mooi, maar ik meen niet dat dit mijn vraag beantwoordt.

Jan van de Velde

Een kogel in een kogelbaan is, luchtweerstand daargelaten, ook permanent in vrije val. Dat hij niet verticaal naar beneden dondert is omdat hij bij het afschieten ook nog een horizontale snelheidscomponent heeft meegekregen. Daardoor legt hij ook nog een afstand af langs het aardoppervlak terwijl hij valt. Als die afstand langs het aardoppervlak nou maar groot genoeg is, dan krijg je op den duur vanzelf een kogelbaan die het aardoppervlak volgt......

zie de kogels die met steeds toenemende snelheid worden afgeschoten.

tot en met de voorlaatste kan je het allemaal direct met een kanon vanaf de aarde doen. De laatsteheeft nog een duwtje in de goede richting nodig als hij boven het aardoppervlak is. Daar hebben ze raketvoortstuwing voor uitgevonden.....

(NB met de ellipsjes in Paint krijg ik geen échte kogelbanen over gekromde oppervlakken voor elkaar, maar voor het principe lijkt deze benadering me goed genoeg)

kotje

Klopt en is mooi. Maar mijn vraag blijft waarom is een lichaam in vrije val(theoretisch geen wrijvingsweerstand) gewichtloos.

Ruben Kwast

Omdat zwaartekracht en de kracht die daar exact haaks op staat, precies gelijk zijn.

Jan van de Velde

Ah, die kant op. Dat had je wel eens een beetje duidelijker kunnen maken in je topicstart dan.

awel, zet je weegschaaltje onder een heteluchtballon, die is ook gewichtloos. De opwaartse kracht van de omringende lucht op de ballon is even groot als de zwaartekracht, nettokracht 0, een krachtmeter geplaatst onder de ballon geeft 0 aan.

Wat valt sneller (luchtweerstand verwaarloosd), een loden kogel of een veertje? Juist, beiden even snel.

Spring even uit een vliegtuig met een weegschaal onder je voeten.Wat zal ze aanwijzen?

Wat valt sneller,(luchtweerstand verwaarloosd), een vrij vallende Kotje

of een vrij vallende weegschaal? Juist, beide even snel. Kotje probeert wel om met zijn tenen de veren van die weegschaal een duwtje te geven, maar omdat die weegschaal precies even snel valt als Kotje, krijgt Kotje het niet voor elkaar. En dus wijst de weegschaal 0 aan.

kotje

Ik meen Jan dat ge de goede richting uitgaat. Maar de vraag blijft waarom vallen ze even snel. Ik meen als we daar kunnen op antwoorden dat we de vraag beantwoord hebben.

Jan van de Velde

Onze onbetaalbare Sir Isaac Newton heeft dat allemaal eens uit zitten zoeken, en ik ga niet in zijn schoenen proberen te stappen. Newton kwam er achter dat twee massa's elkaar aantrekken. De kracht waarmee ze elkaar aantrekken noemde hij de gravitatiekracht, in de volksmond ook wel zwaartekracht genoemd.

\( F_z=G\cdot\frac{m_1\cdot m_2}{r^2}\)

Hierin is G een constante (de gravitatieconstante), de m-etjes zijn de massa's van de twee objecten waartussen we de zwaartekracht willen berekenen, en r is de afstand tussen de massamiddelpunten van de twee objecten.

Als we nou de zwaartekracht willen bepalen tussen de aarde en object Kotje, vullen we voor m1 de massa van de aarde in, en voor m2 de massa van object Kotje. Willen we de zwaartekracht berekenen tussen de aarde en object weegschaal, dan vullen we voor m1 weer de massa van de aarde in, voor m2 de massa van object weegschaal. Kotje moet op de weegschaal staan, zowel Kotje als weegschaal bevinden zich evenver van het massamiddelpunt van de aarde, in beide gevallen is r dus gelijk.

G is voor beide objecten gelijk, m1 ook, en evenzo r......

we herschrijven de formule:

\( F_z=G\cdot\frac{m_1\cdot m_2}{r^2}=(G\cdot\frac{m_1}{r^2})\cdot m_2 \)

G is voor beide objecten gelijk, m1 ook, en evenzo r......

dus blijkt dat:

\( F_z=cons\tante \cdot m_2 \)

die constante is de valversnelling g (kleine g) die geldt op aarde, en waarvoor een gemiddelde waarde van 9,81 m/s² geldt.

(Die kun je berekenen aan de hand van die G, van de massa van de aarde en van de straal van de aarde, en die 9,81 geldt dus alleen bij díe straal, dwz aan het aardoppervlak. Verder in de atmosfeer en de nabije Ruimte wordt r natuurlijk steeds groter, en g daarmee navenant kwadratisch kleiner.)

Kotje heeft een massa van, stel, 100 kg (sorry, but I just love round numbers

), zijn weegschaal 10 kg.

we zien nu dat Kotje een zwaartekracht ondervindt groot

F_z,Kotje= 9,81 . 100 = 981 N

en zijn weegschaal

F_z,weeg= 9,81 . 10 = 98,1 N

Krachten kunnen oorzaak zijn van een verandering van snelheid, een verandering van richting, of van een verandering van vorm. Hier interesseert ons de snelheidsverandering, ofwel versnelling, SI-symbooltje kleine "a".

Weer onze Sir Isaac stelde dat je met tweemaal zoveel kracht een bepaalde massa een tweemaal zo grote versnelling geeft, of, dat je een tweemaal zo grote massa een gelijke versnelling kunt geven, en alles wat daar tussenin zit. Kortom,

\( F=m \cdot a\)

Op object Kotje werd een gravitatiekracht van F_z,Kotje van 981 N uitgeoefend. Voor Kotje geldt nu: 981 N = 100 . a

Kotje sodemietert dus naar beneden met een versnelling a = 9,81 m/s²

Voor zijn weegschaal geldt een vergelijkbaar verhaal: 98,1 N = 10 . a

En ja hoor, ook de weegschaal zal er vandoor gaan met een versnelling van 9,81 m/s²

Als Kotje en zijn weegschaal op hetzelfde tijdstip uit dat vliegtuig springen, beginnen ze dus beide met een verticale snelheid 0, en zal na één seconde van elk de snelheid toegenomen zijn tot 9,81 m/s, na 2 seconden zal die voor elk 19,62 m/s bedragen, etc etc. Kortom, hun snelheden zijn steeds gelijk.

Kortom, Kotje zal er niet in slagen om de veren van de weegschaal in te duwen, want de weegschaal valt even snel. Steeds als het massamiddelpunt van Kotje 0,0000000000001 m daalt, doet het massamiddelpunt van de weegschaal dat ook, de afstand tussen beide massamiddelpunten kan dus niet worden verkleind, de veer kan niet ingedrukt worden.

gewichtloos.

kotje

Best Jan gij hebt magnifiek beschreven waarom beide vallen met dezelfde valversnelling(Je uitleg is zo klaar en duidelijk dat zelf een lager onderwijs leerling het kan volgen.Ik denk dat ze dit kotje van 100 kg zeer grappig zullen vinden.).Maar waarom ze beide gewichtloos zijn mis ik volledig.Natuurlijk voor die kinderen telt alleen het mooie verhaal.

Het spijt me dat ik zo'n moeilijk zwaargewicht ben

Ik denk dat ge het experimenteel misschien wel bewezen hebt met die weegschaal en zo, die met dezelfde valvernelling valt. Maar toch dit voldoet me niet. Is er misschien geen andere reden?

Pelletje

Kotje, misschien dat jij gewicht met massa/zwaartekracht verwart?

Gewicht is de kracht die nodig is om een voorwerp waarop zwaartekracht werkt tegen te houden, niet de zwaartekracht zelf. Als jij met je 100 kg op de aardbodem staat, dan oefent jouw massa een zwaartekracht van 981 N uit op de bodem. Maar de bodem oefent een even grootte, tegensteld van richting, elastische kracht op jou uit. Je hoofd oefent zwaartekracht uit op je nek, die weer terugduwt met een gelijke kracht. Je nek oefent kracht uit op je romp, je romp op je benen, je benen op je voeten, je voeten op de vloer. Het zijn die reactiekrachten die wij als gewicht ervaren.

Als je in een accelerende lift staat, dan is je gewicht gelijk aan de zwaartekracht plus de kracht die gepaard gaat met de acceleratie. Gaat de lift omhoog, dan ben je zwaarder, gaat de lift omlaag dan ben je lichter. En als de lift in vrije val is dan ben je gewichtloos, omdat de vloer van de lift niet tegen jou drukt. Je hoofd valt even snel als je nek, je romp, je benen en de vloer, en dus oefenen die geen van alle kracht op elkaar uit en dus ervaar je geen gewicht.

De astronauten in het ISS vallen met exact dezelfde acceleratie als het ISS zelf en alle voorwerpen daarbinnen, dus is er niets dat "duwt", dwz. een reactiekracht geeft op de zwaartekracht van een ander voorwerp.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[Mechanica] Gewichtloosheid

[Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid

Re: [Mechanica] Gewichtloosheid