Kann man kopfüber fliegen, während ein Glas Wasser aufgrund von G-Kräften voll bleibt?

Ja, solange Sie die Schleife fortsetzen und das Flugzeug nicht auf dem Kopf stehend fliegen.

Siehe zum Beispiel: Fassrolle mit einem Glas Wasser auf einem Segelflugzeug

Kann man kopfüber fliegen, während ein Glas Wasser voll bleibt?

Ja, aber angesichts der Geschwindigkeit des Flugzeugs muss es einen mehr oder weniger engen Looping fliegen. Bei einem Flugzeug mit 160 km/h muss der Kurvenradius kleiner als 200 m sein. Andererseits kann der Radius für einen Jäger bei 500 km/h bis zu 2 km groß sein.

In beiden Fällen ist die Kraft aufgrund der Kurve 1 G positiv (unter der Annahme, dass die Kurve "Nase nach oben" ist), dh der Körper und die Objekte innerhalb des Flugzeugs werden zur Außenseite der Kurve gezogen. Wenn sie am höchsten Punkt der Kurve sind, steht diese Kraft senkrecht zum Himmel, dieses 1G gleicht genau die Schwerkraft aus und alles ist schwerelos, wie dieser Hund .

Flugzeuge, die eine vertikale Schleife mit einem Glas Wasser fliegen:

Der interessante Moment ist, wenn das Flugzeug die Spitze der Schleife erreicht. Kräfte auf Wasser:

• Sind Schwerkraft und Kraft aufgrund normaler (Zentrifugal-)Beschleunigung.
• Sind proportional zur Masse des Wassers.

Wir müssen die Schwerkraft ausgleichen

Um zu verhindern, dass Wasser aus dem Glas fließt, müssen auf das Wasser ausgeübte Kräfte eine Resultierende (Summe der Vektoren) haben, die vom Boden weggeht.

Da beide Kräfte proportional zu Masse und Beschleunigung sind, können wir die Wassermasse aus der Gleichung entfernen und nur die Beschleunigungen beibehalten. Dies bedeutet, dass wir eine normale Beschleunigung benötigen, die gleich oder größer als die Erdbeschleunigung ist.

Berechnung der Normalbeschleunigung

Die Erdbeschleunigung ist tatsächlich ein fester Wert: 9,81 m/s². Normale Beschleunigung$a_c$selbst ist proportional zum Radius$r$der Schleife und der Winkelgeschwindigkeit$\omega$des Flugzeugs (die Winkelgeschwindigkeit ist die U/min, aber ausgedrückt in Radianten pro Sekunde):$a_c = \omega^2r$. Um also zu verhindern, dass wir bewässert werden, müssen wir eine solche Winkelgeschwindigkeit haben$a_c \geq g$, das ist$\omega^2r \geq g$

Andererseits können wir die Winkelgeschwindigkeit als Funktion des Radius und der Tangentialgeschwindigkeit ausdrücken$v$:$\omega = v/r$und jetzt unsere Einschränkung$\omega^2r \geq g$wird:$v^2/r \geq g$oder$v \geq \sqrt {r \cdot g}$.

Zurück zu Drehzahl und Drehzahl

Bei gegebenem Radius müssen wir mit einer minimalen Geschwindigkeit fliegen, um die Schwerkraft zu neutralisieren. Oder bei gegebener Geschwindigkeit müssen wir den Radius auf einen Maximalwert verkleinern. Hier ist eine Tabelle mit einigen Radiuswerten. Bei der entsprechenden Geschwindigkeit gleicht die normale Beschleunigung die Schwerkraft aus (die Anzahl der Schleifenrunden pro Minute wird ebenfalls erwähnt).

Beispiel: Für einen Radius von 50 m müssen wir mit 80 km/h oder höher fliegen. Oder wenn wir mit 80 km/h fliegen, muss der Radius 50 m oder kleiner sein. Die entsprechende Winkelgeschwindigkeit zu 80 km/h beträgt 4,2 U/min.

Wenn Sie mit einer höheren Geschwindigkeit oder einem kleineren Radius fliegen, wird das Wasser nur tiefer in das Glas gedrückt.

Sonderwunsch für @DeltaLima: Wenn Sie eine Schleife von der Größe der Erde fliegen (in der Praxis bedeutet dies, horizontal, aber umgekehrt zu fliegen), müssen Sie dann mit mehr als 28.000 km / h fliegen, um zu verhindern, dass die Schwerkraft das Glas entleert. Das tun sie in der ISS. Ich denke, wir haben den Kreis zum Thema geschlossen.

Wenn die Schleife fortgesetzt wird, ist das G an der umgekehrten Position eine Funktion der Fluggeschwindigkeit und der AOA-Anforderung an das Flugzeug (und der resultierenden Nasenspur). Wenn die Fluggeschwindigkeit in der Nähe der Strömungsabrissgeschwindigkeit abnehmen darf, ist es möglich, dass das Flugzeug weniger als 1 Äquivalent G erfährt (was dazu führt, dass das Wasser aus dem Becher strömt). Wenn der Pilot den Looping fliegt, um 2 Gs über die Oberseite des Loopings zu ermöglichen, spürt der Pilot 1 G in den Sitz (2 Gesamt-Gs minus 1 G von Gottes G), wodurch Wasser in der Tasse bleiben kann. Wirklich, 1,01 G invertiert an der Spitze der Schleife führt zu einem 0,01 äquivalenten positiven G, wodurch Wasser in der Tasse bleibt.