Waarom draaien planeten rond de zon en rond hun as?

[Kalkoen]

Dit is erg triviaal (gewoon kijken naar de wet van Newton:

\(\dot{p}=0\)

). Ook het punt dat het impulsmoment behouden blijft tijdens een vulkaanuitbarsting is erg triviaal.

Het is even triviaal dat een verplaatsing van massa, zonder toevoeging van massa ook een verplaatsing van het massamiddelpunt veroorzaakt. Terug naar de twee haalters: haal links 5 kilo af en breng rechts 5 kilo bij en het massamiddelpunt van de haalter wijzigt dan toch ook? Ik snap niet dat je hier over valt.

En inderdaad, de synchronisatie kan ook via de getijdenbeweging doorgaan, maar dit is niet het enige mogelijke. Mercurius, niet veel groter dan de baan, is bijvoorbeeld aan het synchroniseren met die gigantische zon, maar tot op heden is dit niet voltooid. Waarom is de maan dan wel volledig gesynchroniseerd tegen inieminie aarde? Ok, omdat ze dichter staan, maar ook vanwege die gravitationele anomalie.

Nu, toegegeven, het exacte mechanisme heb ik voorheen nog niet in detail bestudeerd, maar ik heb deze kennis weldegelijk ergens van. Nu moet ik dus dringend bronnen zoeken en daar faal ik dus. Maar eureka: http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity-gradient_stabilization

The gravity of the Earth decreases according the inverse-square law, and by extending the long axis perpendicular to the orbit, the "lower" part of the orbiting structure will be more attracted to the Earth. The effect is that the satellite will tend to align its axis of minimum moment of inertia vertically

Dus: vanaf de massaverdeling niet mooi sferisch is, maar er een lengte-as ontstaat, wat hier dus gebeurt met de maan, wordt al een preferentiële richting gekozen.

[eendavid]

Het is even triviaal dat een verplaatsing van massa, zonder toevoeging van massa ook een verplaatsing van het massamiddelpunt veroorzaakt. Terug naar de twee haalters: haal links 5 kilo af en breng rechts 5 kilo bij en het massamiddelpunt van de haalter wijzigt dan toch ook? Ik snap niet dat je hier over valt.

Natuurlijk is dat triviaal, alleen is dat niet wat er gebeurt. Er beweegt een beetje zwaar materiaal van links naar rechts, en er beweegt een beetje meer licht materiaal van rechts naar links. Netto effect: zonder externe kracht blijft het massamiddelpunt hetzelfde.

Dus: vanaf de massaverdeling niet mooi sferisch is, maar er een lengte-as ontstaat, wat hier dus gebeurt met de maan, wordt al een preferentiële richting gekozen.

Dat is zeker zo: dit is wat verantwoordelijk is voor tidal locking, en werd beschreven in post #41. Als er hierbij geen wrijving is

dan zal dit koppel na 1 rotatie van de maan geen effect maken: wanneer het koppel wordt uitgemiddeld over een periode is er niets veranderd (valt af te leiden met behoud van energie).

Als er demping wordt aangebracht, in het geval van satellieten typisch met magnetische materialen, is dat inderdaad een efficiente manier om het object te alligneren. Het effect dat jij beschrijft heeft deze demping niet. Je begrijpt toch zelf wel dat dit geen bron is die het verhaal dat jij brengt bevestigt?

[Kalkoen]

Er beweegt niet iets door elkaar zoals jij het voorstelt. Nee, er wordt materiaal van binnenin bovenop het schild gelegd, dus verder van de kern weg.

Ik snap echt niet dat je er niet aanuit kan dat als je in het midden van de maan materiaal weghaalt en bovenop de schil legt, dat het massamiddelpunt verhuist. De maan is de aarde niet. Hier zou dit geen waar zijn vanwege de isostasie, maar op de maan wel vanwege de rigiditeit van de aardplaat. Het massamiddelpunt is dan niet langer het centrum van puntsymmetrie, maar de maan wordt dan een omwentelingslichaam met een as doorheen het middenpunt van de bol en het midden van het lavaveld.

De remming door tidal locking ontstaat doordat de maan CONTINU wordt vervormt. Maar zoals gravitational gradient synchronisation stelt, is een constante lengte verdeling van de massa, welke dus wel optreedt, voldoende.

Wat heeft magnetisme hiermee te maken?

[eendavid]

Ik snap echt niet dat je er niet aanuit kan dat als je in het midden van de maan materiaal weghaalt en bovenop de schil ligt, dat het massamiddelpunt verhuist.

Als ik, zonder een externe kracht, massa van het midden van de maan naar de korst van het materiaal brenge, dan beweegt de rest van de maan tegen de verplaatsing van deze massa in. Dit volgt uit de wetten van Newton.

Het massamiddelpunt is dan niet langer het centrum van puntsymmetrie, maar de maan wordt dan een omwentelingslichaam met een as doorheen het middenpunt van de bol en het midden van het lavaveld.

De richting van de rotatieas blijft dezelfde als de richting van de rotatieas voor de vulkanische activiteit.

Maar zoals gravitational gradient synchronisation stelt, is een constante lengte verdeling van de massa, welke dus wel optreedt, voldoende.

Wat heeft magnetisme hiermee te maken?

Zonder demping treedt het volgende op:

Moest de maan aan star object zijn, dan zal dit koppel na 1 rotatie van de maan geen effect maken: wanneer het koppel wordt uitgemiddeld over een periode is er niets veranderd (valt af te leiden met behoud van energie).

Demping kan je bijvoorbeeld creëren met magnetische materialen, of met luchtwrijving. Dat deze luchtwrijving een rol speelt lees je bijvoorbeeld hier. In dit boek(Understanding the Navstar: GPS, GIS, and IVHS By Tom Logsdon) lezen we het volgende:

If the satellite begins to drift away from its desired vortical orientation, the difference in gravite will create a counter torque to nudge it bach into a vertical orientation. Actually a disturbance causes the satellite to oscillate about the vertical, but electrical hysteresis loops can be used to damp out (!) any oscillations to achieve a continuous earth-seeking orientation.

Het uitroepteken werd door mij aangebracht. Dit is dus wat magneten ermee te maken hebben. Er kunnen nog wel wat bronnen worden bijgesleurd

Het is dus je oprechte wetenschappelijke opvatting dat een bron die melding maakt van het effect waardoor tidal locking werkt, en waarvan reeds melding gemaakt werdnog voordat je dit effect aanbracht, aantoont dat het principe dat jij aanhaalt correct is?

[Kalkoen]

Als ik, zonder een externe kracht, massa van het midden van de maan naar de korst van het materiaal brenge, dan beweegt de rest van de maan tegen de verplaatsing van deze massa in. Dit volgt uit de wetten van Newton.

Ha zo bedoeld gij. Ja, ok, dat kan kloppen. Waar ik het over heb, is dat het middelpunt van de bol niet langer het massamiddelpunt is en er bij gevolg geen bolsymmetrische verdeling rond het massamiddelpunt zit, maar een omwentelingssymmetrie langs een rechte lijn: dit is de enige voorwaarde voor gravitatie gradient stabilisatie (samen met de nabijheid van iets dat gravitatie voorziet, de aarde dus). De rotatie-as waarrond de rotatie voor basalt uitvloeiing gebeurt, is dan ook niet langer de rotatie-as die kan worden aangehouden om daarrond massa-evenwicht te verkrijgen. De hele constructie zal dus een defintief verlengde as krijgen.

Al de rest dat gij zegt over airodynamiek en magnetisme kan wel zijn, maar dat zijn bijkomende mechanismen die ook in een ijzeren satelliet kunnen werken. Graviteitsgradient stabilisatie kan ook op zichzelf staan. Gelijk bij een koersauto: de gewichtsverdeling op de wielen heeft invloed op de stabiliteit van een auto en ook de aerodynamica, maar neem het één weg, en het ander is nog altijd waar. En die twee staan los van elkaar. Lees de abstract nog maar eens twee keer na. Ik zal speciaal voor u de moeite doen om dit nog eens over te typen:

When the orbital altitude of a small satellite is near Earth, passive stabilization can be considered. The purpose of this paper is to combine the passive gravity and aerodunamic stabilization METHODS together so that all the three axes stabilizations can be obtained. In this regard, the set of nonlinear equations of motion will be solved numerically with specified initial condition. The history of the attitude stabilization will be investigated and discussed in detail. The paper demonstrates the feasibility of passive gg-aero stabilization and provides guidelines for the satellite design to obtain te best attitude performance without sacrificing satellite lifetime.

[eendavid]

Wat je zegt is in tegenspraak met energiebehoud, en sommige aspecten van wat je zegt zijn in tegenspraak met behoud van impulsmoment. We kunnen er eventueel over discussiëren of de eerste bron als bron kan dienen voor mijn standpunt, ik vermoed van wel maar geef je daarin het voordeel van de twijfel. De tweede bron is eenduidig. Het is overigens voor iedereen duidelijk dat zonder demping de maan willekeurig doordraait.

Eerlijk gezegd, ik heb hier naar mijn bescheiden mening genoeg energie ingestoken. Je kan zelf makkelijk nog andere bronnen vinden die je zullen vertellen dat er een demping gebruikt wordt om GGS te gebruiken, en dat het anders niet werkt. Tenzij er een wetenschappelijke bron komt die beweert dat de maan gesynchroniseerd is met de aarde omwille van het effect dat je beschrijft, of er een zinnig antwoord komt op de opmerkingen die gemaakt zijn laat ik het hierbij.

[Kalkoen]

If the satellite begins to drift away from its desired vortical orientation, the difference in gravite will create a counter torque to nudge it bach into a vertical orientation. Actually a disturbance causes the satellite to oscillate about the vertical, but electrical hysteresis loops can be used to damp out (!) any oscillations to achieve a continuous earth-seeking orientation.

can be used... maar hoeft niet. Ge zijt een technische paper aan het gebruiken die alle elementen van stabilisatie van een satelliet bespreekt. Additioneel op GGS kunnen andere technieken gebruikt worden. Maar GGS werkt ook. En op schaal van zoiets groot als de maan, heeft GGS zeker voldoende effect. Het effect van aard- of maangetijden is niet meer dan enkele cm opheffing van het maanoppervlak, ten opzichte van kilometers basalt dat wordt toegevoegd.

Bovendien, energiebehoud is er binnenin de maan. Neem de aarde weg, en de maan zal inderdaad niet afremmen door een wijziging van impulsmoment, hooguit zal een andere rotatie-as en snelheid worden ingesteld. Maar het is juist door de aanwezigheid van de aarde dat de maan afremt door een wijziging in intertiemoment.

[Jan van de Velde]

Maar het is juist door de aanwezigheid van de aarde dat de maan afremt door een wijziging in intertiemoment.

nee. Een wijziging van traagheidsmoment heeft ten eerste ogenblikkelijk invloed. Zodra de situatie ophoudt met wijzigen houdt de snelheid ook op met wijzigen. Een ander lichaam is daarop NIET van invloed.

Ook als we naar liniaire traagheid kijken, is de traagheid van een voorwerp NIET afhankelijk van de omgeving, slechts van één eigenschap van het voorwerp zelf, de massa. Ook een voorwerp met traagheidsmoment heeft dat. Of ik nou een vliegwiel op gang wil brengen op aarde, op de maan of ergens middenin free space, dat op gang brengen tot gelijke draaisnelheid kost steeds evenveel energie.

[Kalkoen]

Klopt, een wijziging in intertiemoment is op zich niet voldoende om de op snelheid te wijzigen naar synchronisatie, maar het zal wel de snelheid wijzigen en er vindt inderdaad een wijziging in intertiemoment plaats. Dit was wat eendavid al enige tijd tegenspreekt.

Zoals ik al stelde, is de clue een wijziging in de massageometrie en massaverdeling, namelijk de overgang van gemiddeld-permanente bolsymmetrie naar een uitsluitend omwentelings-as-symmetrische massaverdeling. Hierdoor ontstaat een lengte-as en zal de maan zich oplijnen volgens die as naar de aarde toe.

[Jan van de Velde]

Klopt, een wijziging in intertiemoment is op zich niet voldoende om de op snelheid te wijzigen naar synchronisatie, maar het zal wel de snelheid wijzigen en er vindt inderdaad een wijziging in intertiemoment plaats. Dit was wat eendavid al enige tijd tegenspreekt.

eendavid spreekt nergens tegen dat een wijziging in traagheidsmoment een wijziging in draaisnelheid zal opleveren.

Zoals ik al stelde, is de clue een wijziging in de massageometrie en massaverdeling, namelijk de overgang van gemiddeld-permanente bolsymmetrie naar een uitsluitend omwentelings-as-symmetrische massaverdeling.

dit lijkt een ingewikkelde manier om te zeggen dat de bolvorm verloren gaat?

Hierdoor ontstaat een lengte-as...

as you wish

...en zal de maan zich oplijnen volgens die as naar de aarde toe.

En daarvoor is geen enkele natuurkundige reden, want de beweging (zowel impuls als impulsmoment) blijft behouden tenzij deze door inwendige wrijving op de lange duur verloren gaat. Al zou de nog draaiende maan van het ene moment op het andere veranderen van een bol naar een haltervorm met een zware pimpelpaarse kubus en een lichtere geelgestippelde piramide aan de respectieve uiteinden, hij zou blijven draaien, en de richting van de oorspronkelijke as zou daarbij niet eens veranderen, in welke richting de stok van de halter ook zou staan t.o.v. die as.

kalkoen.png (8.83 KiB) 639 keer bekeken

Er zijn namelijk die onoverkomelijke wetten van behoud van impuls en van behoud van impulsmoment, beiden vectoriële grootheden.

[Kalkoen]

Je vergeet volgende wet (waar ik misschien wat weinig nadruk op heb gelegd):

F = G m_A x m₁ / r².

Als er een lengte-as bestaat waarlangs de gravitatie is opgelijnd, zal het nabije deel sterker worden aangetrokken door de aardse zwaartekracht dan het verder weg gelegen deel (tenzij de lengte-as zich 100% perfect loodrecht op een gravitatieveldlijn zou kunnen handhaven, wat labiel evenwicht is).

Op een bol maakt dit niet uit, want daar wordt elke massa door de draaiing door een gelijke massa vervangen waardoor de bol blijft draaien.

Tidal locking moet dus evenzeer een tweeledig effect hebben: 1. wrijving door vervorming en intertie bij het draaien én 2. het effect van GGS op een ellipsoid lichaam (door de getijdenwerking).

Als de maan dus permanent de bolvorm kwijt is, treedt GGS op zonder dat de getijdenwerking voor wrijving moet voorzien.

In uw figuur: eens uwe kaas naar de aarde is gedraait, ervaart deze grotere aantrekking omdat ze dichter bij de aarde zit. Bij elke doorgang van de kaas, wordt er dus een rem aangebracht. Als het blokje dichterbij is, wordt dit net iets meer aangetrokken, waardoor er weer een remming optreedt. Het blokje is zwaarder, maar de kaas kan bij deze rotatie-as wel dichter bij aarde geraken en dus naar een lager potentieel energieniveau gaan. Het zwaarste punt (de vulkanische uitvloeiing), zal zich dus naar achter keren en de kaas zal uiteindelijk recht naar de aarde gaan wijzen.

[Jan van de Velde]

Je vergeet volgende wet (waar ik misschien wat weinig nadruk op heb gelegd)

Ik vergeet volgens mij helemaal niks. Die extra of mindere zwaartekracht waar jij op wijst wijst namelijk loodrecht op de bewegingsrichting van de draaiingsas, en zal dus bij de draaiing rond de as van de aarde weg voor evenveel vertraging zorgen, als dat ze voor versnelling zorgt bij de draaiing terug richting aarde. Pas als de draaiing voldoende afgeremd is door wrijving zou zoiets bepalend kunnen worden voor welke kant van de halter uiteindelijk naar de aarde zal wijzen. Maar tót die tijd levert dat netto géén remming op.

[Kalkoen]

Ja, dat klopt, dat heb ik over het hoofd gezien, de aantrekking zal in gelijke mate voor een versnelling zorgen zodat uwe kaas doordraait. Maar dit wil wel zeggen dat de maan dan geen constante draaisnelheid zal hebben, maar achtereenvolgens een hoekversnelling en hoekvertraging zou ondervinden. Een interessant gegeven, hoewel de maan dan nog niet helemaal stil staat. Nu vraag ik mij af, zo een achtereenvolgende versnelling en vertraging, zou de toen nog vloeibare kern van de maan die wel bolsymmetrisch is en bij voorkeur een constante draaisnelheid wil handhaven, dan ook niet voor wrijving gaan zorgen?

[Jan van de Velde]

Ik heb geen lijstje van wat allemaal voor wrijving zou kunnen gaan zorgen. Een ding is zeker, waar door wrijving bewegingsenergie wordt omgezet in warmte zal de beweging verminderen. Maar niet door de onregelmatige vorm an sich.

[Kalkoen]

Ja, maar het punt is dat mij is vertelt door betrouwbare mensen van wie ik de naam niet ga noemen dat de maan via enkele slingerbewegingen te wijten aan een meteorietinslag die een basaltdeken heeft gelegd langs een kant van de maan, slechts 1 kant naar de aarde heeft getoont. Een verder mechanisme is op dat moment niet gegeven. Nu probeer ik dit te reconstrueren. Uiteindelijk, als gij niet één of ander fysisch tegenwerpsel hebt, hebben we nu wel een mechanisme dat in de buurt komt:

- meteorietinslag en massale basaltuitvloeiing => wijziging van de geometrie van de maan

- rotatie-as verlegt zich, wijziging in impulsmoment, op zich niet erg, maar toch wel destabiliserend

- wegens gravitatieverschil door afstand: slingerende rotatiebeweging

- vloeibare kern die onstabiele beweging afremt via wrijving.