Væskespørgsmål, landing af rumkapsel og vandskiløb? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Væskespørgsmål, landin...

21. januar 2014

Væskespørgsmål, landing af rumkapsel og vandskiløb?

Hej Spørg om Fysik
Vi er kommet til at diskutere om:

  1. Russerne landede deres rumkapsler på landjorden, amerikanerne i havet.
    Alt andet lige, hvad er så hårdest at lande på? (Forudsat at jorden ikke er frosset).
     
  2. Der findes en slags “flyvning”, hvor der er spændt stof mellem arme og ben, som hos et flyveegern.
    Kan glidetallet for en normalvægtig person ventes at være over 2?
     
  3. Som drenge var vi til et vandskishow på en sø, hvor en skiløber tog skiene af og stod på fodsålen.
     
    Har vandets overfladespænding nogen praktisk betydning?

Med venlig hilsen
Lars Mølgaard

Landing af rumkapsler har foregået såvel på land som i vandet. Det er rigtigt, at USA valgte at lande på vand, og det daværende USSR valgte at lande på vand. Det kan være geografiske forhold i USSR der er årsagen til, at de ikke havde passende vand nær sine grænser. Det har USA til alle sider.

Cosmonautlanding (Rusland)

Startstedet og banen, som rumskibet har haft, er medbestemmende for mulige landingssteder. Afskydningsstedet vælges af en lang række praktiske grunde, som oftest så nær ækvator, som den pågældende stat kan opnå. Kap Canaveral er 28,5 ° fra ækvator. Erfaringen viser også, at det kan være hensigtsmæssigt at have ubeboede områder eller vand, hvor raketdelene falder ned i tilfælde af uheld. Det er fordi, at jordens rotation giver et lille tilskud til rakettens omløbsfart, som når raketten er fri af jorden, kun bestemmes af tyngdekraften. For at komme i en kredsbane skal centripetalkraften have samme størrelse som tyngdekraften, og det kræver så en bestemt fart, se også:

Astrounautlanding (USA)

Pris for at sende materiel i omløb

Med NASAs oplyste priser pr. kg for at sende ting i omløb, er det ca. 25-30 millioner $ at få 20 t i omløb. På nordpolen ville det koste en lille million mere, for der får man ingen hjælp til starthastigheden. I Kourou i Fransk Guyana (på nordkanten af Sydamerika), hvor den europæiske rumraket Ariane opsendes, får raketten på grund af placeringen et hastighedstilskud på ca. 0,463 km/s fra jordrotationen ved østvendte opsendelser (banehastighed i lavt kredsløb er ca. 7,4 km/s).  Baikonur nu beliggende i Kazakhstan (ligger på 54 ° N og det koster nok omkring 600 000 – 800 000 $ mere (med amerikanske raketters lastpris. De Russiske kender jeg ikke), at opsende raketter med 20 t last der.  

Hvad er hårdest at lande på - land eller vand?

Vand er forholdsvis hårdt at lande på, hvis man har for megen fart, specielt hvis det er en flade der rammer. Det er forskellen på en maveplasker, og et godt hovedspring. Rammer man ikke lodret med kroppen fra lidt større højde i vand, kan det være dødeligt, og det kan det også være på land, men chancen på vand er nok bedre. Problemet er, at vandet man rammer skal flyttes hurtigt, og det har svært ved at ske, når det er en større flade. Vandet er nemlig stort set usammentrykkeligt.

Landing af USSR pansret mandskabsvogn. Raketter under skærmen startes af en vægt i en lang snor under vognen.

Jeg ved ikke, hvad der bevirkede det forskellige valg, men i det mindste er der det problem på land, at der kan være træer, klippestykker, huse, mennesker osv.

I USSR havde man oprindeligt meget store sletteområder, som var forholdsvis flade og uden forhindringer (en del af disse arealer er nu selvstændige stater, og ikke en del af Rusland). Det er ikke et problem på vand, der er problemet kun eventuelle store bølger.

En af hovedårsagerne til valgene kan altså være adgang til hav uden for mange øer, slettearealer og deres placering osv. Endelig en anden årsag kan være, at USSRs hær ved rumalderens begyndelse, havde meget udviklede metoder til at nedkaste pansrede mandskabsvogne og lette kampvogne fra transportfly med en automatisk kombination af faldskærme, raketter og luftpuder. De film jeg har set i TV gengiver rumlandinger på tilsyneladende samme principper og teknik som de militære. Jeg er ikke bekendt med, at USA har gjort det samme i større stil på det tidspunkt, men metoden er anvendt senere på Mars.

Jeg ved ikke noget om glidetallet for den type flyvning, det er næppe stort. Hvis man sammenligner med en styrbar faldskærm, der giver godt svæv, er arealet meget, meget mindre. Man kunne antageligt vurdere det, hvis man kender personmassen og glidevinklen, men det falder udenfor vores rammer. Spørg hos de organisationer og foreninger, der dyrker denne sport.

Barfodsvandski 65 km/h

Vands overfladespænding har betydning for at holde sammen på vandet. Alle væsker har overfladespænding, vands er forholdsvis stor. Det har ikke nogen væsentlig betydning for at bruge fødderne som vandski, det er en dynamisk proces svarende til flyvning og almindeligt vandskiløb, hvor man kommer gennem vandet med stor fart, og vandets flytning under fodsålerne giver en opadrettet kraft. Man skal jo hele tiden få vand der rammer fodsålerne til at flytte sig nedad og til siderne, så det minder om en drages opdrift. Det kræver en passende vinkel for fødderne i forhold til vandoverfladen, og rimelig stor fart (billedet 65 km/h). Det gælder jo også vandskiene, som jo synker ned i vandet, når farten bliver lav af helt samme grund. Så fødderne er bare vandski med en meget lille flade.

Øgle bruger benene så hurtigt at den kan løbe på vandet som ikke kan nå at flytte sig (inerti)

Man kunne principielt også stå på vandski på andre væsker med helt andre overfladespændinger, densitet og viskositet (viskositet, hvor meget gnidning der er i væsken, f.eks. sirup har høj viskositet, kviksølv høj densitet), har betydning for de teoretiske muligheder.

Med venlig hilsen
Malte Olsen