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Gespannte Membran wird durch Meteoritenfeld gezogen
 
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zulu14



Anmeldungsdatum: 16.11.2020
Beiträge: 10

Beitrag zulu14 Verfasst am: 05. Jan 2021 11:53    Titel: Gespannte Membran wird durch Meteoritenfeld gezogen Antworten mit Zitat

Hallo,

mich interessiert das Verhalten von Gesteinsbrocken in folgender Testanordnung:

4 Raumschiffe ziehen eine große Membran aus elastischem Stoff an den 4 Ecken der Membran mit konstanter Geschwindigkeit durch ein Meteoritenfeld. Sie fliegen aus dem leeren Raum an und treten in das Meteoritenfeld ein. Im Feld befinden sich gleichmäßig verteilt Gesteinsbrocken mit unterschiedlicher Größe und Masse, die keine nennenswerte Eigenbewegung aufweisen.

Nach und nach treffen Brocken auf die Membran. Die Brocken werden nach und nach auf die Geschwindigkeit der Raumschiffe und somit der Membran beschleunigt.

Wie verhalten sich die Brocken und die Membran?

(a) Ist die gleichmäßig bewegte Membran vor Eintritt in das Meteoritenfeld bereits leicht gebogen oder bewegt sich die Membran wie ein Brett durch das All ? Hypothese: leicht gebogen

(b) Wird ähnlich einem Treibnetz beim Fischfang nach einiger Zeit eine große Beule auf der Membran zu sehen sein, wo sich die meisten Brocken gesammelt haben oder verhält es sich so wie bei Fliegenklecksen auf der Windschutzscheibe, die relativ gleichmäßig verteilt sind ? Hypothese: Beule

(c) Haben nach einiger Zeit die 4 Raumschiffe, die Membran und die eingesammelten Gesteinsbrocken alle dieselbe konstante Geschwindigkeit ? Hypothese: Ja

(d) falls (c) = ja: Löst sich die Beule mit den Steinen nach und nach wieder auf oder bleiben die Steine in der Beule, selbst wenn alle Testkomponenten die gleiche konstante Geschwindigkeit haben ?

Danke vorab

zulu14
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 05. Jan 2021 13:25    Titel: Re: Gespannte Membran wird durch Meteoritenfeld gezogen Antworten mit Zitat

Dazu reichen die verfügbaren Angaben nicht aus. Die Antworten häng von Elastizität, Größe und Oberflächenbeschaffenheit der Membran, der Beschleunigung der Raumschiffe zu Beginn des Vorgangs und ihrer Endgeschwindigkeit sowie der Größe, Anzahl und Verteilung der Gesteinsbrocken ab. Das kann unter Umständen sehr komplex werden.
zulu14



Anmeldungsdatum: 16.11.2020
Beiträge: 10

Beitrag zulu14 Verfasst am: 05. Jan 2021 15:24    Titel: Antworten mit Zitat

keep it simple.

Membran = Gummituch bei dem auf der Erde z.B. ein 1kg Gewicht bei 1g eine erkennbare Ausbuchtung verursachen würde

Raumschiffe fliegen langsam evtl. 50 km/h

Anfangsbeschleunigung ist imho nicht von Bedeutung: Raumschiffe fliegen mit konstanter Geschwindigkeit in die Meteoritenwolke rein und wieder raus..

Gesteinsbrocken haben Größen von 10cm bis 1m.

primär geht es mir um Beantwortung von b) und c)
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen

Beitrag Brillant Verfasst am: 05. Jan 2021 17:52    Titel: Antworten mit Zitat

Raumschiffe, die eine elastische Membran aufspannen, werden zueinander gezogen. Bei Reibung würde diese Bewegung aufhören, wenn die Membran nicht mehr zieht, also schlaff ist.

Im All gibt's keine Reibung, also dotzen die Raumschiffe zusammen, zwischen sich die zerknüllte Membran.

a1) die Membran ist formlos geknüllt und eignet sich nicht als „Treibnetz” zum Einfangen von Irgendwas..

Angenommen, die Raumschiffe spannen die Membran durch einen aktiven Antrieb, dann

a2) Membran ist plan wie ein Brett. Nach dem Start des Gespanns wird sie wohl etwas hin- und herschwingen, dann gedämpft bis zum Stillstand.

b) Jeder Brocken verzögert die Membran, erzeugt eine Beule und zieht an den Raumschiffen, verkleinert also die effektive Fangfläche für die nächsten Brocken.

c) kommt drauf an, ob die Membran wieder glatt gezogen wird durch Zusatzantrieb (neben dem Spannungserhalt) der Raumschiffe. In dem Fall werden die Brocken wie mit einem Tennisschläger in Fahrtrichtung beschleunigt und sind schneller als das Gespann.

d) Die Beule kann sich nur durch Zusatzantrieb wieder auflösen, siehe c) Bleibt der aus, bleiben die Brocken im erschlafften Netz und haben gleiche Geschwindigkeit. Die sich logischerweise mit jedem Zusatzbrocken verringert.

Edit: Wenn sich bei Zusatzbrocken die Geschwindigkeit reduziert, behalten die schon eingefangenen Brocken ihre Geschwindigkeit bei. Da sie mit dem Gespann nicht fest verbunden sind, eilen sie in Flugrichtung davon. Das ganze Konstrukt scheint zum Einsammeln von Meteoriten nicht geeignet.

_________________
Glaubt nicht dem Hörensagen ... oder eingewurzelten Anschauungen, auch nicht den Worten eines verehrten Meisters; sondern was ihr selbst gründlich geprüft und als euch selbst und anderen zum Wohle dienend erkannt habt, das nehmt an. Siddhartha Gautama
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 06. Jan 2021 11:36    Titel: Antworten mit Zitat

zulu14 hat Folgendes geschrieben:
Anfangsbeschleunigung ist imho nicht von Bedeutung: Raumschiffe fliegen mit konstanter Geschwindigkeit in die Meteoritenwolke rein und wieder raus.


Sie ist für a) von Bedeutung. Ohne Einfluss der Anfangsbeschleunigung bleibt die Membran zunächst flach. Während der Anfangsbeschleunigung ist sie gewölbt und danach schwingt sie vor und zurück.

zulu14 hat Folgendes geschrieben:
Membran = Gummituch bei dem auf der Erde z.B. ein 1kg Gewicht bei 1g eine erkennbare Ausbuchtung verursachen würde

Raumschiffe fliegen langsam evtl. 50 km/h

Gesteinsbrocken haben Größen von 10cm bis 1m.


Diese Angaben sind leider immer noch nicht ausreichend. Aber ich werde trotzdem versuchen etwas daraus zu machen. Aus dem „Gummituch“ schließe ich, dass die Oberfläche nicht als reibungslos angenommen werden kann. Das bedeutet, dass die drauf treffenden Gesteinsbrocken bei einer bereits bestehenden Durchbiegung nicht einfach nach innen gleiten können, sondern eher dort einsinken, wo sie auftreffen.

Was dann passiert, ist ziemlich kompliziert. Ich versuche es mal zu vereinfachen, indem ich annehme, dass sich die Membran sich für einen einzelnen Brocken lokal wie eine Feder verhält. Leider ist die Federkonstante mit Deinen Angaben nur schwer zu schätzen. Wie groß ist das Tuch und was bedeutet „erkennbare Ausbuchtung“? Gehen wir mal von einer Ausbuchtung von 1 cm bei 10 N aus. Das entspricht einer Federkonstante von k = 1000 N/m. Dann würde ein einzelner 1 kg schwerer Brocken nach dem Aufprall rund 40 cm einsinken und dann mit maximal 100 km/h nach vorn geschleudert werden. Ein einzelner Brocken mit 1000 kg würde das Gummituch theoretisch 14 Meter dehnen bevor er ebenfalls mit bis zu 100 km/h nach vorn weg fliegt (vorausgesetzt, das Gummituch hält das aus).

Das Problem besteht jetzt darin, dass nicht nur ein einzelner Brocken auf die Membran trifft, sondern eine unbekannte Anzahl in unbekannter Zeit. Damit lassen sich Deine Fragen b-d nicht beantworten. Wenn nur wenige Brocken auftreffen, dann werden sie alle abprallen. Wenn es viele sind, dann wird sich ein Teil davon hauptsächlich in der Mitte der Membran sammeln und erst nach Verlassen des Meteoritenfeldes gemeinsam mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 km/h und 100 km/h nach vorn wegfliegen. Wenn es sehr viele sind, dann wird die Membran reißen.
zulu14



Anmeldungsdatum: 16.11.2020
Beiträge: 10

Beitrag zulu14 Verfasst am: 08. Jan 2021 18:13    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für Eure Antworten, ich kam leider nicht früher dazu, Rückmeldung zu Eurem Feedback zu geben.
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