Ab welcher Oberflächenschwerkraft können Astronauten keine vollen Schritte mehr machen?

Wir wissen, dass die Apollo-Astronauten auf dem Mond in ~1/6 g keine vollen Schritte machen konnten, weil sie mit jedem Schritt sprangen. Bei welcher Oberflächengravitation könntest du eher wie auf der Erde laufen und bei welcher Schwerkraft würdest du lieber hüpfen wie auf dem Mond? Wäre das Gehen auf Merkur (0,377 g) und Mars (0,38 g) eher wie auf der Erde, dem Mond oder etwas dazwischen?

Es war die Inflexibilität des Druckanzugs, der die Astronauten dazu veranlasste, zu springen, anstatt zu gehen. Auf dem Mond konnten sie ganze Schritte machen, aber Springen war einfacher.
Bist du dir wirklich sicher? Bei Parabelflügen in Mondgravitation springen Touristen ähnlich wie die Apollo-Astronauten. Obwohl sie hochspringen, kenne ich kein Video von einem solchen Flug, bei dem sie laufen können.
Ich denke, das ist eigentlich eine sehr interessante biomechanische Frage ... Sehr ungefähr besteht ein Schritt darin, einer einzelnen Kraft eine vertikale Komponente zu verleihen, die dem Gewicht entgegenwirkt, und eine horizontale Komponente, um sich vorwärts zu bewegen. Allerdings muss der horizontalen Kraft eine Reibungskraft entgegengesetzt werden, die wiederum vom Gewicht abhängt. Ich vermute, dass es eine Untergrenze gibt, bei der das Gewicht keinen „erkennbaren“ Schritt mehr zulässt. Ich vermute auch, dass es in der Vergangenheit einige gute Studien und Simulationen dazu als Referenz gegeben hat.
Was ist mit Links zu Videos von springenden Touristen bei Parabelflügen in der Mondgravitation? Die Touristen könnten springen, nur um Astronauten auf dem Mond zu imitieren.
@Jack hat Recht, es dreht sich alles um Reibung. Solange es Reibung und Schwerkraft gibt, ist Gehen ohne Springen möglich und hängt nur vom Gang ab, der von Uwes Kommentar zur Flexibilität des Raumanzugs abhängt. Denken Sie an eine Katze ohne Raumanzug, die sich heimlich ihrer Beute nähert. Die vertikale Komponente, die dem Gewicht entgegenwirkt, ist null. Es gibt nur eine horizontale Verschiebung des Schwerpunkts relativ zu den Füßen.
Sehen Sie sich das Video an , die Astronauten machten Schritte, kombinierten aber auch Schritte mit Sprüngen.

Antworten (1)

Kurze Antwort:
Sie würden zum Laufen mit einer auf der Erde angenehmen Gehgeschwindigkeit übergehen, und die Bewegung würde etwa die Hälfte der Energie verbrauchen, die sie auf der Erde benötigt ( Quelle 1 ). Dabei wird der Effekt des Tragens eines riesigen, restriktiven Anzugs nicht berücksichtigt.

Erläuterung:
Stellen Sie sich vor, Sie gehen so, als würden Sie zwischen den Stützpunkten (Beine) wechseln und sie als eine Art umgekehrtes Pendel verwenden. Strecke ein Bein vor dir aus, es fällt nach unten, trifft dann auf den Boden und drückt dich nach oben. Sobald Sie direkt über diesem Bein sind, fangen Sie wieder an, herunterzufallen, aber bevor Sie mit dem Gesicht pflanzen, strecken Sie Ihr anderes Bein aus und der Zyklus wiederholt sich. Während Sie gehen, bewegt sich Ihr Massenmittelpunkt in einer Art hüpfender Bewegung. Bild von Quelle 1.Bild aus „Human Locomotion in Hypogravity: From Basic Research to Clinical Applications; Lacquaniti et.al; Frontiers in Physiology 2017; PMCID: PMC5682019

Aus dieser Idee können wir die Walking-Froude-Zahl ( Wikipedia-Link ) ableiten, die die Zentripetalkraft ist, die benötigt wird, um das "Pendel" am Boden zu halten, dividiert durch die Kraft, die durch das Gewicht der Person verfügbar ist: , ((m*v^2)/l)/(mg)wo mist die Masse, vist die Vorwärtsgeschwindigkeit und list die Länge des Beines. Diese Gleichung vereinfacht sich zu: v^2/(gl). Ein Wert für diese Zahl größer als 1,0 bedeutet, dass der Schwerpunkt (die Person) beginnt, in den Raum zu schweben, wenn der Fuß vom Boden abgehoben wird.

Nun stellt sich heraus, dass bestimmte Werte der Froude-Zahl Bewegungsübergänge anzeigen – vom Gehen zum Laufen, vom Laufen zum Sprinten usw. – und die obere Grenze des Gehens entspricht einer Froude-Zahl von etwa 0,5 (Quelle 2 ) . Das bedeutet, dass wir basierend auf der lokalen Schwerkraft berechnen können, mit welcher Geschwindigkeit das Gehen gegenüber dem Laufen vorzuziehen ist. Bei einer Beinlänge von 1,0 m sollte die Geschwindigkeit des Gehübergangs auf der Erde etwa 1,9 m/s betragen, bei 0,38 g wären es etwa 1,0 m/s. Da Sie immer weniger Schwerkraft hatten, war die Geschwindigkeit, mit der Sie zum Laufen / "Hüpfen" übergehen würden, immer langsamer.

Dies ist kein perfektes Modell, und es stellt sich heraus, dass Effekte wie das Schwingen der Arme bei niedrigerer Schwerkraft dazu führen können, dass mehr „Abtrieb“ verfügbar ist, um Ihre Füße auf dem Boden zu halten, als die Froude-Zahl anzeigen würde, also der Übergang bei 0,38 g tatsächlich bei etwa 1,25 m/s stattfinden ( Quelle 2 ), und bei sehr niedrigen Gravitationsniveaus findet der Übergang tatsächlich bei einer Froude-Zahl von mehr als 1,0 statt. Quelle 2 geht in eine größere Tiefe der Analyse, wenn Sie interessiert sind.

Quelle 1. Menschliche Fortbewegung in Hypogravitation: Von der Grundlagenforschung zu klinischen Anwendungen; Lacquanitiet al.; Grenzen in der Physiologie 2017; PMC-ID: PMC5682019"

Quelle 2. Wirkung der reduzierten Schwerkraft auf die bevorzugte Geh-Lauf-Übergangsgeschwindigkeit; Kram et al.; Zeitschrift für experimentelle Biologie, 1997; JEB0645

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