Aufrollen einer Toilettenpapierrolle in der ISS

Stellen Sie sich eine schwimmende ISS einer Toilettenpapierrolle vor. Kann ein Astronaut die Rolle entrollen, indem er nur am losen Ende des Papiers zieht (und den Rest der Rolle nicht festhält, indem er beispielsweise seinen Finger als Achse verwendet)? Ich glaube, die Antwort ist nein, da wir das dafür erforderliche Drehmoment nicht erzeugen können, wenn die Rolle nicht fixiert ist. Was ich vermute, ist, dass die Rolle keine Rotationsbewegung, sondern nur eine Translationsbewegung erfährt.

Wahrscheinlich ist diese Frage trivial für diejenigen, die sich mit dem Rotationsgleichgewicht auskennen, aber ich habe das noch nicht gelernt.

Da der Astronaut nicht entlang der Linie durch den Massenmittelpunkt der Rolle zieht, entsteht ein Drehmoment, das zu einer Rotation führt. Nach dem ersten Zug entrollt sich die Rolle von selbst.
Woher kommt das Drehmoment, wenn der Astronaut auch schwerelos ist? wie kannst du sagen, dass der astronaut sich nicht einfach zur toilettenrolle zieht ich vermute, dass es einen kleinen einfluss auf alles haben wird und da das alles wäre, um die ganze rolle abzurollen, müsste ich CuriousOne zustimmen, d.h wie die frage aber :)
Es rollt ab und driftet zum Abzieher
Die Frage ist von großer praktischer Bedeutung für den Antrieb des Raumfahrzeugs ... wie müssen wir einen Motor anwinkeln, der relativ zur beabsichtigten Flugbahn durch den Massenschwerpunkt verschoben ist, um zu vermeiden, dass ein konstantes Drehmoment das Raumfahrzeug vom Kurs abbringt?
Genosse @CuriousOne, Sie sind nicht berechtigt, der Welt von dem mit Toilettenpapier betriebenen Raketenprojekt zu erzählen. Bitte melden Sie sich so bald wie möglich im Umerziehungszentrum 3.
@CuriousOne Klingt so, als ob der Drehimpuls in diesem Fall nicht erhalten bleibt. In dieser Erklärung muss also etwas fehlen.
@kasperd: Warum sollte der Drehimpuls nicht erhalten bleiben? Der fehlende Drehimpuls steckt in der Abgasfahne, die ebenfalls außermittig ist.
@CuriousOne Ich habe mich auf Ihren ersten Kommentar bezogen, in dem Sie vorgeschlagen haben, dass sich ein Objekt zu drehen beginnt, indem es aus der Mitte gezogen wird. Aber die Kraft auf denjenigen, der zieht, müsste nicht außermittig sein. Es scheint also, dass dieses Szenario den Drehimpuls nicht beibehält, da ein Objekt zu rotieren beginnt, während das andere dies nicht tut.
@kasperd: Das Astronautenobjekt bewegt sich leicht senkrecht zum Zug im Massenmittelpunktsystem. Sie könnten die NASA bitten, eine Rolle zur ISS zu schicken und sie demonstrieren zu lassen.
@CuriousOne Wenn der Astronaut sich überhaupt nicht bewegt hätte, müsste die durch die Zugkraft verursachte Bewegung parallel zu dieser Kraft sein. Aber wenn ich an den Schwerpunkt dachte, wurde mir klar, was passieren würde. Wenn zwei Objekte einen Massenmittelpunkt umkreisen, führt das Umkreisen einen Drehimpuls ein. Und Kräfte können Drehimpuls zwischen dem Umlaufen und der Rotation der einzelnen Objekte übertragen.
@kasperd: Das klingt nach einer guten Denkweise.
Wenn das Toilettenpapier 0 Masse hat, würde meiner Meinung nach kein Drehmoment erzeugt. Aber mit Masse hat es Trägheit und unterliegt daher Rotationsträgheitsregeln.

Antworten (1)

Die Rolle muss nicht an einem festen Ort sein, damit ein Drehmoment erzeugt wird. Das Drehmoment wird unabhängig von einer festen Achse erzeugt oder nicht und Ihr Toilettenpapier wird sich schließlich abrollen. Drehmoment wird erzeugt, weil, wie @CuriousOne oben sagte, die Kraft an einer anderen Stelle als durch den Massenmittelpunkt wirkt und somit auf einer Seite eine unausgeglichene Kraft erzeugt, die eine Rotation um diesen Massenmittelpunkt erzeugt.

Wenn die Rolle nicht an etwas befestigt ist, wird der anfängliche Zug höchstwahrscheinlich eine lineare Bewegung sowie eine Drehung erzeugen, sodass sich die Rolle selbst abrollt, während sie im Raum driftet.

Und der Astronaut wird auch in Richtung der Rolle gezogen, wobei sein Drehmoment davon abhängt, wie er relativ zu seinem eigenen Massenmittelpunkt zieht. Da sie mehr Masse haben, erreichen sie natürlich eine geringere Geschwindigkeit (F = mv usw.), sodass dies möglicherweise bemerkbar ist oder nicht.
Das ist sehr interessant. Ich würde gerne sehen, wie die Astronauten dies tatsächlich als Demo machen. Eine ähnliche Frage, die wahrscheinlich auch trivial ist: Wenn Sie einen Stab haben, der zunächst parallel zum Boden steht, mit Kugelmassen an jedem Ende des Stabs - einer schweren und einer leichten Masse - und Sie den Stab fallen lassen, dreht er sich wie es fällt? Ich vermute, die Antwort ist nein, weil sich das Drehmoment aufgrund der Schwerkraft aufhebt (wie beweisen wir das?). @keshlam: F=mv? Hm, das finde ich nicht richtig! :)
@JoshuaBenabou, da der Abstand der beiden Kugeln vom Massenmittelpunkt der Stange gleich ist und beide eine gleiche Beschleunigung erfahren g , erfährt die Masse mit größerer Masse eine größere Kraft, wodurch ein unausgeglichenes Nettodrehmoment entsteht.
@JoshuaBenabou: Tupogharpcal-Fehler, tut mir leid. F=ma natürlich.
(Übrigens, kann ich eine meiner Katzen freiwillig für das Experiment „Klopapier ausrollen im Weltraum“ zur Verfügung stellen? Sie hat sich als Expertin dafür auf der Erde erwiesen, egal welche Hindernisse ich in den Weg stelle.)
Sie können das Experiment auf der Erde durchführen, legen Sie einfach die Toilettenpapierrolle auf einen glatten Tisch und fangen Sie an zu ziehen, Sie werden sehen, wie sie sich zu drehen und zu verschieben beginnt.
@PhotonicBoom, ich habe das Experiment tatsächlich mit einem unausgeglichenen Stab durchgeführt, aber er blieb den ganzen Herbst über im Wesentlichen eben. Vielleicht war die Fallzeit zu kurz, um eine Drehung zu bemerken.
@JoshuaBenabou Angenommen, Ihre Stange fällt durch die Luft und die beiden Kugeln haben einen unterschiedlichen relativen Luftwiderstand (z. B. Luftballon gegenüber massivem Stein), dreht sie sich aufgrund des Luftwiderstands. Die Gravitation allein wird dies nicht tun.
@PaŭloEbermann das ist absolut richtig für eine frei fallende Rute.
@keshlam — F = mv? Du meinst F = ma, oder?
@PhotonicBoom: Wird sich die Stange also drehen oder nicht (vorausgesetzt, es besteht kein Luftwiderstand)?
@JoshuaBenabou, fällt es frei? Wenn dies der Fall ist, wird es aufgrund der Schwerkraft keine Drehung geben, da alles (sogar der Schwerpunkt) jetzt mit der gleichen Geschwindigkeit nach unten beschleunigt wird. Bedenken Sie auch, dass der Massenmittelpunkt des Gesamtsystems nun näher an der schweren Masse liegt, die Abstände der beiden Massen vom Massenmittelpunkt also unterschiedlich sind.
Aufrollen einer Toilettenpapierrolle in der ISS
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