Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

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christianf
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von christianf »

Die Beschleunigung der Person ergibt sich aus Druck der Schleusenluft auf die schleusenferne Seite der Person, der Querschnittsfläche und der Masse der Person. Die Masse der Luft spielt erst einmal keine Rolle. Der Druck auf die Person fällt zugleich schnell ab, da die Luft auch um die Person herumströmen kann, das Verhältnis von Querschnittsfläche der Person und der Schleusenöffnung wird also eine Rolle spielen. Jetzt muss man das Ganze nur noch integrieren um die Endgeschwindigkeit der Person zu bekommen :devil:

Edit: Eine Abschätzung sollte möglich sein, wenn man schätzt, wie lang es dauert, bis der Druck auf 1/e abgefallen ist und für diese Zeit die volle Beschleunigung rechnet.
Haywood Floyd
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Haywood Floyd »

... integrieren! - Der Horror meiner Oberstufenzeit! :übel:
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Kardec
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Kardec »

Wir hatten vor ein paar Tagen grad das Thema.
https://www.focus.de/panorama/welt/pass ... 82387.html
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Grauleben
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Grauleben »

Böse Sache. Notiz an mich selbst: Bei Flügen nach Möglichkeit die Sitzplätze neben den Turbinen meiden. Wenn die sich zerlegen und die Bestandteile radial zur Rotationsrichtung marschieren ist man besser nicht in deren Weg.
PJoppen
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von PJoppen »

Kardec hat geschrieben:Wir hatten vor ein paar Tagen grad das Thema.
https://www.focus.de/panorama/welt/pass ... 82387.html
Mhh.. sind die Parameter eines Flugzeuges mit dem eines Raumschiffes im All vergleichbar?.
.. die IT .. schläft nie.., weshalb ich mehr als oft nicht oder spät Antworte. Keine Absicht und ich entschuldige mich schon mal prophylaktisch..
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Kardec
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Kardec »

Na ja, der Innendruck wird aus medizinischen Gründen vergleichbar sein - der Außendruck ist 0.
Der Effekt sollte noch größer sein.
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christianf
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von christianf »

Eine (Personen-) Schleuse enthält aber vermutlich wesentlich weniger Luft als der Passagierraum eines Flugzeuges und der Querschnitt der Öffnung ist auch viel größer, daher wird der Luftstrom nicht so lange anhalten und der "Korkeneffekt" fällt auch weg. Daher denke ich, dass der Astronaut zwar einen ordentlichen Schubs durch den Luftdruck der Schleuse erhält, aber nicht katapultartig herausgeschleudert wird.
PJoppen
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von PJoppen »

Mhh.. hat einer einen kurzen Draht zur ISS? .. die sollen das mal testen.. dann wissen wir es genau :D
.. die IT .. schläft nie.., weshalb ich mehr als oft nicht oder spät Antworte. Keine Absicht und ich entschuldige mich schon mal prophylaktisch..
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Grauleben
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Grauleben »

Genau, Astro-Alex soll sich mal in die Schleuse stellen und dann lassen wir ihm die Luft raus und gucken was passiert. Im Namen der Wissenschaft.
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Kardec
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Kardec »

Hatte nicht eine kleine Schleusenkammer gemeint, sondern Schleuse weg in Raumschiff.
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Yman
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Yman »

christianf hat geschrieben:Die Beschleunigung der Person ergibt sich aus Druck der Schleusenluft auf die schleusenferne Seite der Person, der Querschnittsfläche und der Masse der Person. Die Masse der Luft spielt erst einmal keine Rolle. Der Druck auf die Person fällt zugleich schnell ab, da die Luft auch um die Person herumströmen kann, das Verhältnis von Querschnittsfläche der Person und der Schleusenöffnung wird also eine Rolle spielen. Jetzt muss man das Ganze nur noch integrieren um die Endgeschwindigkeit der Person zu bekommen :devil:

Edit: Eine Abschätzung sollte möglich sein, wenn man schätzt, wie lang es dauert, bis der Druck auf 1/e abgefallen ist und für diese Zeit die volle Beschleunigung rechnet.
Wenn man für den Druckabfall in einer Schleuse die Higgins-Formel p(t) = p(0) exp(-(A/V)*t*(200m/s)) nimmt und mit einer Schleusenöffnung von A = 4 Quadrameter und einem Schleusenvolumen V = 100 Kubikmetern rechnet, dann dauert es ca. T = 1 Achtelsekunde, bis der Druck auf 1/e abfällt.

Wenn ich die Querschnittsfläche Q mit 1 Quadratmeter und die Masse M der Person mit 100 kg ansetze und damit die Gleichung v'(t) = p(0) exp(-t/T) * Q/M löse, komme ich quasi unter Laborbedingungen mit dem Anfangswert v(0) = 0 auf den theoretisch möglichen maximalen Endwert v(end) = p(0) * Q/M * T = 125 Meter pro Sekunde.

Realistisch betrachtet kann man diesen Wert getrost noch durch 5 teilen und kommt auf 25 Meter pro Sekunde, d.h. 90 km/h.

Sorry für das OT.
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christianf
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von christianf »

Oops. Aus dem Bauch hätte ich mit einer deutlich niedrigeren Geschwindigkeit gerechnet :D
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Raktajino
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Raktajino »

Mit 90 irgendwo dran knallen, ist hart. Sowohl als auch.
Gut, dass das abschließend geklärt ist. :unsure:
Haywood Floyd
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Haywood Floyd »

Lt. Nachrichten wude gestern oder vorgestern eine Passagierin, als ein Fenster einer Southwest Verkehrsmaschine zerbarst bis zur Gürtellinie aus dem Flugzeug gesaugt (http://www.t-online.de/nachrichten/pano ... iert.html-) also doch 'Goldfinger'...? :unsure:

Soviel zu weiter oben gemutmaßten theoretischen Betrachtungn! :rolleyes:
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nanograinger
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von nanograinger »

Raktajino hat geschrieben:Mit 90 irgendwo dran knallen, ist hart. Sowohl als auch.
Ja, das wäre hart, ist aber nicht der Fall. Ymans Abschätzung scheint mir auf eine rein druckbasierte "Higgins-Formel" zurückzugehen (den Namen kenne ich nur im Zusammenhang der "Singenden Flammen"). Das scheint mir für das ursprüngliche Problem nicht ausreichend..
Raktajino hat geschrieben: Gut, dass das abschließend geklärt ist. :unsure:
Abschließend geklärt wurde die Sache schon durch den Link und das Video dort, das den gerade erfolgten Unfall sehr ähnlich nachstellt (erster Teil des Videos).
Arthur Dent hat geschrieben: Hier ist ein Link, den ich interessant finde: https://www.swr.de/blog/1000antworten/a ... e-gezogen/
Haywood Floyd hat geschrieben:Lt. Nachrichten wude gestern oder vorgestern eine Passagierin, als ein Fenster einer Southwest Verkehrsmaschine zerbarst bis zur Gürtellinie aus dem Flugzeug gesaugt (http://www.t-online.de/nachrichten/pano ... iert.html-) also doch 'Goldfinger'...? :unsure:

Soviel zu weiter oben gemutmaßten theoretischen Betrachtungn! :rolleyes:
Schau mal das Posting von Kardec von vorgestern. :unschuldig:

Und, nein, das ist eben nicht "Goldfinger", in dem ein 100+ kg Gert Fröbe durch das ganze Flugzeug gezogen wird und dann durch das kleine Flugzeugfenster ins Freie gesaugt wird, sondern das Resultat, wenn man unmittelbar neben dem platzenden Fenster zu sitzen, wie im Video in Arthur Dents Link.
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Yman
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Yman »

Raktajino hat geschrieben:Mit 90 irgendwo dran knallen, ist hart. Sowohl als auch.
Gut, dass das abschließend geklärt ist. :unsure:
Zur abschließenden Klärung müsste man bei der NASA noch ein paar Simulationen und Experimente machen.

Die 90 km/h halte ich für sehr realistisch, wenn die Schleuse PR-typische Abmessungen wie z.B. 5 m x 5 m x 4 m hat, so dass ein Haluter noch drin stehen kann, die Schleusenöffnung durch ein Prallfeld geschützt wird, das abgeschaltet wird, und die Schleusenöffnung groß genug ist, dass die Person, also ein Terraner, sich nicht noch am Rand der Öffnung festhalten kann.

Bei einer extrem kleinen Mannschleuse einer Space-Jet etwa, bei der dann allerdings die Schleusenöffnung auch nur durch ein Prallfeld geschützt wird, das abgeschaltet wird, so dass die gesamte Öffnung sofort wirksam ist, sieht es etwas anders aus.

Mit einer Öffnung von A = 2 Quadratmeter und einem Schleusenvolumen von V = 8 Kubikmeter komme ich bei einem initialen Druck von p(0) = 1 bar auf einen theoretischen maximalen Endwert von nur 20 Meter pro Sekunde, also 72 km/h, der auch noch deutlich kleiner sein kann, wenn es dem Astronauten gelingt, sich schnell nach vorne fallen zu lassen, sich irgendwo festzuhalten, usw. Alleine auch dadurch, dass der Astronaut mit den Schuhen und einer gewissen Haftreibung auf dem Boden steht, würden auch noch Drehmomente entstehen, also Drehimpuls und Rotationsenergie, die in extremen Fällen sicher auch noch mal 30 % der kinetischen Energie ausmachen kann und die Ausstoßgeschwindigkeit aus der Schleuse erheblich verringert.

Es passiert aber auf jeden Fall mehr als nichts.
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halut
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von halut »

nanograinger hat geschrieben:Etwas ernster: Diese Frage lässt sich nicht durch statische Überlegungen abschließend klären. Die Überlegung Haluts, dass auf der einen Seite der Person 1 bar Druck wirkt und auf der anderen Seite null bar würde nur auf die Situation zutreffen, wenn die Person genau die Schleusenöffnung "abdichtet". Das wäre für die Person wirklich unangenehm, sie würde dann bei entsprechendem Volumen der Schleuse hinausgedrückt werden.
Wenn die Schleuse ein entsprechendes Volumen hätte, würde die Person sie nicht abdichten. Wirksam wird die Luft immer noch nur hinter der Person.
Nun setzt eine Luftströmung ein, die aber aufgrund des recht starken Gradienten schnell von laminarer in eine turbulente Strömung übergehen wird (Reynoldszahl). Dann ist ohne Simulation mit konkreten Angaben der Abmessungen des Raumes und der Schleusenöffnung wenig vorauszusagen (zumindest für mich nicht, der ich mich seit dem Grundstudium nicht mehr nit Navier-Stokes beschäftigt habe).
Ich habe die stark nichtlinearen Effekte hier unterschlagen, weil ich den grundsätzlichen Wirkmechanismus erläutern wollte. Du kannst gerne die errechnete Beschleunigung durch zwei, oder wenn du ganz vorsichtig bist, durch fünf teilen. Als Abschätzung reicht das.
Allerdings ist folgendes klar: Die "Luftsäule", die angeblich auf die Person drückt, wird nicht versuchen, durch die Person hindurchzudrücken, sondern den viel einfacherern Weg nehmen und um die Person (die mehr als 1000-fach dichter ist als die Luft) herumströmen.
Nein. Wenn du den Körper als inkompressibel annimmst, drückt an jeder Stelle ein dp senkrecht auf den Körper. Da dieser nur per Haftreibung an den Schuhsohlen und sonst gar nicht befestigt ist, wird er sich bewegen. Die resultierenden Differentialgleichungen sind zu lösen. Wie gesagt, teile meinen errechneten Wert durch fünf und du bist auf sicheren Seite für eine untere Grenze.

Aber setzen wir doch in guter alter Physikertradition aufs Experiment, auch wenn in diesem Fall kein Vakuum, sondern „nur“ Unterdruck (etwa ein Viertel bei 11km) auf der Außenseite herrschte.
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nanograinger
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von nanograinger »

halut hat geschrieben:
nanograinger hat geschrieben:Etwas ernster: Diese Frage lässt sich nicht durch statische Überlegungen abschließend klären. Die Überlegung Haluts, dass auf der einen Seite der Person 1 bar Druck wirkt und auf der anderen Seite null bar würde nur auf die Situation zutreffen, wenn die Person genau die Schleusenöffnung "abdichtet". Das wäre für die Person wirklich unangenehm, sie würde dann bei entsprechendem Volumen der Schleuse hinausgedrückt werden.
Wenn die Schleuse ein entsprechendes Volumen hätte, würde die Person sie nicht abdichten. Wirksam wird die Luft immer noch nur hinter der Person.
Eine Person könnte (theoretisch) ein ganzes Ultraschlachtschiff abdichten, wenn die Öffnung klein genug ist. B-)

"Wirksam" wird im Wesentlichen die Luftströmung um die Person. Der Druckunterschied zwischen hinter der Person und vor der Person ist viel kleiner als der Unterschied zwischen Innendruck und Außendruck vor Öffnung der Schleuse.
halut hat geschrieben:
Allerdings ist folgendes klar: Die "Luftsäule", die angeblich auf die Person drückt, wird nicht versuchen, durch die Person hindurchzudrücken, sondern den viel einfacherern Weg nehmen und um die Person (die mehr als 1000-fach dichter ist als die Luft) herumströmen.
Nein. Wenn du den Körper als inkompressibel annimmst, drückt an jeder Stelle ein dp senkrecht auf den Körper. Da dieser nur per Haftreibung an den Schuhsohlen und sonst gar nicht befestigt ist, wird er sich bewegen. Die resultierenden Differentialgleichungen sind zu lösen. Wie gesagt, teile meinen errechneten Wert durch fünf und du bist auf sicheren Seite für eine untere Grenze.

Aber setzen wir doch in guter alter Physikertradition aufs Experiment, auch wenn in diesem Fall kein Vakuum, sondern „nur“ Unterdruck (etwa ein Viertel bei 11km) auf der Außenseite herrschte.
Schau dir doch einfach das Video der "Mythbusters" auf dieser Seite an (war ein Link auf der Seite, die Arthur Dent verlinkt hatte). Da kann man erkennen, dass zwar direkt am Fenster die Beschleunigung stark ist (was auch im aktuellen Flugzeugunfall der Fall war) aber bereits zwei Sitze vom Fenster weg ist es nicht mehr kritisch. Natürlich würde man als Person in der Schleuse einen Schub verspüren, aber wie stark der ausfällt, hängt eben entscheidend von der Position in der Schleuse ab. Wenn man näher an der Rückwand der Schleuse stünde, dann wäre dieser Schub mit einem kurzen Stabilisierungsschritt leicht abzufangen.

Eben kein "Goldfinger" (auch dieser Filmausschnitt ist auf der obigen Seite zu sehen). Wie es auf der verlinkten Seite heißt:
"Wenn Mr. Ballermann aber weiter vom Fenster weg steht, würde er nur von einem Bruchteil dieses Druckgefälles angegriffen. Außerdem würde die Trägheit ihn abbremsen, bis die Luft um ihn herumgeströmt ist und der Sog nachlässt."
und
"Mit einiger Sicherheit würde eine Goldfinger-Aktion wie der versehentliche Schuss auf die Flugzeugscheibe folgendes Szenario ergeben:

Rapider Druckabfall, wer nahe am Fenster steht, wird Richtung Fenster umgerissen, fällt aber vor dem Fenster zu Boden. Und kurz danach werden alle, die sich nicht ganz schnell eine der herunterfallenden Atemmasken gegriffen haben, ohnmächtig."
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Yman
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Yman »

Geht es jetzt um den schlimmsten anzunehmenden Fall, oder darum zu beweisen, dass man so eine Situation unbeschadet überstehen kann? Beides ist möglich.

In der Druckabfallformel p(t) = p(0) exp(-(A/V)*t*(200m/s)) kann man die Schleusenöffnung A auch als Funktion A(t) der Zeit t annehmen und beliebig langsam größer werden lassen. Die Beschleunigung ist dann s''(t) = v'(t) = p(t) * Q/M, und man kann daraus das Verhalten in den beiden möglichen Extremsituationen herleiten.

Die eine Extremsituation ist die, dass der Astronaut in Zentimeterabstand mit dem Rücken zur Schleusenöffnung steht, die nur durch ein Prallfeld geschützt wird, das abgeschaltet wird, so dass die gesamte Öffnung sofort wirksam ist. In diesem Fall schießt der Astronaut mit hoher Geschwindigkeit wie ein Korken aus der Flasche. In extremen Fällen sind da auch mehrere Hundert km/h möglich. Da er am Boden noch durch Haftreibung, wenn auch nur einen kurzen Moment, gehalten wird, bewirkt ein Kräfteungleichgewicht auch noch ein Drehmoment, d.h. der Astronaut wirbelt sich überschlagend mit hoher Geschwindigkeit davon.

In der zweiten Extremsituation steht der Astronaut in sicherer Entfernung von der Schleusenöffnung, die sich auch nur ganz langsam öffnet, und er könnte sich an einer einfachen Stange festhalten, so dass gar nichts passiert.

Bevor sich die Diskussion weiter sinnlos im Kreis dreht, müsst ihr euch mal einigen, in welcher Entfernung der Astronaut von der Schleusenöffnung stehen soll, wie groß diese sein soll, und wie schnell sie sich öffnen soll.
Haywood Floyd
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Haywood Floyd »

Die Frage ist, ob's hier drum geht, was richtig ist, oder wer Recht hat... :unschuldig:

Die 'üblichen Verdächtigen' haben sich ja - eindeutig und nicht überraschend - klar erkennbar positioniert. :P

Behaupten und berechnen kann man viel (ref. Stringlandschaften...) - bewiesen ist damit letztlich garnix, bevor man das experimentum crucis durchführt! :devil:
Haywood Floyd
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Haywood Floyd »

Die Frage ist, ob's hier drum geht, was richtig ist, oder wer Recht hat... :unschuldig:

Die 'üblichen Verdächtigen' haben sich ja - eindeutig und nicht überraschend - klar erkennbar positioniert. :P

Behaupten und berechnen kann man nämlich viel (ref. 10^500+ Calabi-Yau-Räume in der Stringlandschaft, P-Branen im Bulk, kleine aufgerollte Raumdimensionen, Mini Blackholes, SuSy, Higgsboson...) - bewiesen ist damit letztlich garnix, bevor man das experimentum crucis durchgeführt und ausgewertet hat (ref. LHC, Genf)! :devil:

Beim Higgs jedenfalls haben sich Theorie und Berechnung als richtig erwiesen. :rolleyes:

Über Kochrezepte kann man lange und fürtrefflich streiten - ob sie was taugen, zeigt sich erst, wenn das Essen zum Verzehr auf den Tisch steht!

So lasst uns denn eine Schleuße bauen und Freiwillige suchen - vorzugsweise slche, die sich theoretisch ganz sicher sind, dass nichts schlimmes passiert... :P
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von nanograinger »

Yman hat geschrieben:...
Bevor sich die Diskussion weiter sinnlos im Kreis dreht, müsst ihr euch mal einigen, in welcher Entfernung der Astronaut von der Schleusenöffnung stehen soll, wie groß diese sein soll, und wie schnell sie sich öffnen soll.
Meine Rede von Anfang an.... B-)

P.S. Deine Druckabfallformel: Wo kommt die her? Und woher kommen die 200m/s im Exponenten?
Haywood Floyd
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Haywood Floyd »

Hier:
Arthur Dent hat geschrieben:
Folgende Überlegungen von mir. Meine Wohnung hat dem eigentlichen Garderobenraum einen Windfang vorgeschaltet. Der soll die Mann-Schleuse sein. Der Raum ist 180 cm breit, 160 cm tief und 254 cm hoch. Macht ca. 7,32 Kubikmeter Luft. Mit drei Leuten wird es darin etwas eng, geht aber. Es soll eine 1-Mann-Schleuse sein.

Ein mittelgroßer und mittelschwerer Terraner (ich) steht in der Mitte des Windfangs, pardon der Schleuse, als die Haustür, äh das Außenschott, schlagartig geöffnet wird.

Welche Kräfte wirken auf den Terraner?
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Yman
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von Yman »

nanograinger hat geschrieben:
Yman hat geschrieben:...
Bevor sich die Diskussion weiter sinnlos im Kreis dreht, müsst ihr euch mal einigen, in welcher Entfernung der Astronaut von der Schleusenöffnung stehen soll, wie groß diese sein soll, und wie schnell sie sich öffnen soll.
Meine Rede von Anfang an.... B-)

P.S. Deine Druckabfallformel: Wo kommt die her? Und woher kommen die 200m/s im Exponenten?
Das ist eine Abschätzung der effektiven Strömungsgeschwindigkeit der entweichenden Luft mit 60% der Schallgeschwindigkeit bei Raumtemperatur in einem einfachen Modell für einen Volumenstrom durch eine Fläche A. Die Links schicke ich dir per PN.
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Re: Spoiler 2949: Die Biophore,von Michael Marcus Thurner

Beitrag von nanograinger »

Yman hat geschrieben:...
In der Druckabfallformel p(t) = p(0) exp(-(A/V)*t*(200m/s)) kann man die Schleusenöffnung A auch als Funktion A(t) der Zeit t annehmen und beliebig langsam größer werden lassen. Die Beschleunigung ist dann s''(t) = v'(t) = p(t) * Q/M, und man kann daraus das Verhalten in den beiden möglichen Extremsituationen herleiten.
...
Diese Beschleuningsformel beschreibt die Beschleunigung, die ein Körper der Fläche Q mit Masse M erfährt, auf die uniaxial senkrecht zu Q eine Druckdifferenz p(t) anliegt. Das ist dann der Fall, wenn bspw. ein (fast abschließender) Korken sich in einer Röhre aufgrund einer Druckdifferenz p(t) beschleunigt wird.

Das entspricht aber nicht dem Fall der Person in einer Schleuse, es sei denn, die Person dichtet bei t=0 gerade die Schleuse ab und wird dann initial durch den Druck p(0) = 1 bar beschleunigt.

Steht die Person in der Mitte einer Schleuse der Geometrie von Arthur Dents Windfang, dann mag zwar der Druck "in der Schleuse" (aber wo genau?) nach Ymans Formel abfallen (exponentieller Abfall scheint mir plausibel), aber das ist nicht der Beschleunigungsdruck auf die Person. Denn initial (t=0) erfährt die Person überhaupt keine Kraft, da der Druck vor und hinter der Person (noch) gleich ist. Erst wenn die Strömung in Gang kommt, entwickelt sich ein Druckunterschied (der aber viel kleiner als 1 bar ist) und aufgrund der Strömung auch ein Mitreißeffekt durch Reibung.
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