Luftschiffe in einer Welt mit 1/3 Schwerkraft, aber 3-facher Atmosphärenmasse?

In der ersten Frage, die ich hier auf Worldbuilding Stack Exchange gepostet habe, habe ich gefragt, ob das Heben von Gas auf einer Welt mit 1/3 der Schwerkraft der Erde, aber mit der gleichen atmosphärischen Zusammensetzung wie hier auf der Erde, effektiver wäre. Zu meiner Überraschung erfuhr ich, dass es keinen Unterschied geben würde. Ich gebe zu, ich war enttäuscht; aber die Antwort ermutigte mich, mehr zu recherchieren.

Bei meinen Recherchen habe ich herausgefunden, dass ein leichter Gravitationsplanet wie der Mars mit 1/3 der Erdanziehungskraft mindestens die dreifache Masse der Atmosphäre hier auf der Erde benötigen würde, um einen Oberflächendruck von 14,7 psi zu haben. Hätten vor diesem Hintergrund Luftschiffe auf einer Welt mit 1/3 Schwerkraft und gleichem Oberflächendruck wie die Erde (14,7 psi) aber 3-facher Masse der Atmosphäre eine höhere Tragfähigkeit als hier auf der Erde oder würde sie aufgrund der gleich bleiben geringere Gravitationskraft reduziert Gewicht und Auftrieb?

Bevor Sie zu weit gehen, ist es vielleicht angebracht zu erwähnen, dass eine Welt mit geringer Schwerkraft nicht in der Lage wäre, eine solche Atmosphäre zu halten
@Andrey Denken Sie daran, dass die Oberflächengravitation von der Fluchtgeschwindigkeit um einen Faktor des Planetenradius abweicht. Oberflächengravitation ist G M / R 2 , während die Fluchtgeschwindigkeit ist 2 G M / R . Bei einem relativ großen Radius und einer geringen Masse ist es möglich, eine ausreichend hohe Austrittsgeschwindigkeit zu haben, um sogar Wasserstoffgas in der Atmosphäre zu halten, während eine geringe Oberflächengravitation vorhanden ist. Beispiel: Saturn .
Tyler, ich habe den Wortlaut Ihrer Frage geändert, um sie wissenschaftlich genauer zu machen. Atmosphärischer Oberflächendruck ist proportional zu M G . Wenn Sie die Masse der Atmosphärensäule über einem beliebigen Punkt verdreifachen ( M ), aber teilen Sie die Oberflächengravitation ( G ) um drei, haben Sie am Ende den gleichen Nettodruck, solange Ihre Atmosphärensäule gleich ist. Außerdem war Ihre letzte Frage ein völlig anderes Thema und sollte separat beantwortet werden, daher habe ich sie entfernt. Aber seien Sie gewarnt, ich bin mir ziemlich sicher, dass diese Frage schon einmal auf dieser Seite gestellt wurde.
@Andrey Titan ist eine Welt mit einer viel geringeren Oberflächengravitation als die Erde, aber einer massiveren Atmosphäre als die Erde (etwa 20% massiver).

Antworten (3)

Wie man Luftschiffe höher heben lässt

Was Sie wirklich wissen wollen, ist, wie man ein Luftschiff dazu bringt, mehr zu heben.

Der Auftrieb der Gashülle eines Luftschiffs wird wie folgt berechnet:

Aufzug = ( ρ A ich R − ρ G A S ) v

Da die Dichte ( ρ ) ist in Einheiten von kg/m 3 und Volumen ( v ) ist in Einheiten von M 3 , der Auftrieb wird in Kilogramm gemessen. Kilogramm sind eine Einheit der Masse, nicht des Gewichts, also unabhängig von der Schwerkraft.

Beachten Sie jedoch, dass sie auch (meistens) unabhängig vom atmosphärischen Druck sind! Wenn Ihr Planet einen hohen Luftdruck hat, muss Ihre Auftriebshülle einen entsprechend hohen Druck haben, um die Kraft der Atmosphäre auszugleichen, sonst kollabiert sie. Nach dem idealen Gasgesetz hängen Druck und Dichte zusammen. Das ideale Gasgesetz ist allgemein P v = N R T , was alternativ sein kann P = ρ R ¯ T . Seit R ¯ T als konstant angenommen werden kann, variiert die Dichte von Luft und Liftgas in gleicher Weise mit dem Druck, sodass der Druck vernachlässigt werden kann.

Lassen Sie mich kurz eine Alternative erörtern, die darin besteht, eine starre, mit Vakuum gefüllte Auftriebshülle zu haben. Mit bekannten Materialien ist dies nicht praktikabel, aber wenn Sie magische / futuristische Materialien haben, können Sie festlegen ρ G A S bis Null.

Abschluss

Es gibt drei Möglichkeiten, die Auftriebskraft Ihrer Luftschiffe zu ändern.

  • Erhöhen Sie das Volumen der Auftriebshülle, dh bauen Sie ein größeres Luftschiff.
  • Verringern Sie die Dichte Ihres Liftgases. Da es nichts weniger Dichtes als Wasserstoff gibt, können Sie diese nicht weiter senken, es sei denn, Sie verwenden futuristische Materialien und Vakuum. Andererseits verringert das Erhitzen des Gases relativ zur Luft seine Dichte; Das ist das Prinzip eines Heißluftballons. Sie können dies jedoch definitiv nicht mehr als null senken.
  • Erhöhen Sie die druckunabhängige Dichte der Atmosphäre relativ zur Erde. Das bedeutet, der Atmosphäre mehr schwere Moleküle wie Argon, Kohlendioxid, schwefelhaltige Gase oder Wasserdampf hinzuzufügen.

Wenn Sie einen Planeten wollen, auf dem dasselbe Luftschiff relativ zur Erde abhebt, ist die letzte Kugel Ihre einzige Option.

@theRiley Warme Luft ist besser als kalte Luft ... daher Heißluftballons .
@theRiley Du verwirrst mich. Ich sage das alles in meiner Antwort. Worauf willst du hinaus?
@theRiley Schau dir die Gleichung an. Hebt ein Wasserstoffballon nicht mehr als ein Ballon mit Luft? Weil Wasserstoff eine geringere Dichte hat. Hebt ein Heißluftballon nicht mehr als ein Ballon mit Luft mit normaler Temperatur? Heißere Gase haben eine geringere Dichte. Ein Liftgas mit geringerer Dichte hebt mehr.
Es macht mich immer wieder verrückt, dass eine genauere Art zu sagen, „Dinge mit niedriger Dichte steigen nach oben“, „Dinge mit hoher Dichte werden sich ihren Weg nach unten bahnen“, aber niemand hat es jemals so ausgedrückt.
Schwerwiegender Fehler. Die Dichte von Luft und Hubgas ist PROPORTIONAL ZUM Druck. Angenommen, Ihre Luftdichte beträgt 1 kg/m3 und Ihr Hebegas 0,2 kg/m3. Der Auftrieb eines 1 m3 großen Ballons beträgt 0,8 kg * Schwerkraft. Da die Schwerkraft auch für die von Ihnen getragene Last gilt, hebt sich dies auf, wie Sie betonen. Aber wenn Sie die Luftdichte verdoppeln, hat die Luft 2 kg/m3 und das Auftriebsgas 0,4 kg/m3, also erhalten Sie einen Auftrieb von 1,6 kg auf einem 1-m3-Ballon! Mit anderen Worten: Addition/Subtraktion hebt Multiplikation/Division nicht auf.

Die Änderung der Schwerkraft ändert nicht, wie viel Sie heben können, dh wenn sich die Dichte der Luftpartikel nicht ändert.

Auf Ihrem kleineren Planeten würde ich erwarten, dass er kleiner ist, da mehr Masse zur Atmosphäre Ihnen Oberflächendruck verleiht, aber die Luftdichte wird geringer sein, da Luft mit geringerer Schwerkraft in einem größeren Volumen und gleichmäßiger (Höhe) verteilt wird. Bei gleicher Luftzusammensetzung würden Lebewesen für weniger dichte Luft sorgen = weniger O2 oder CO2 pro Volumen.

Bei 1/3g und gleicher Luftdichte. Ihre Luftschiffe hätten den gleichen Auftrieb und könnten höher fliegen. Sie hätten irgendwo im 2-3-fachen Bereich mehr Oberflächendruck. Sauerstofftoxizität - bei gleichem Sauerstoffanteil wird es bei 2,5-3 Normaldruck sichtbar. Stickstoffnarkose: 2-3 Normaldruck, leichte Symptome, auch bekannt als ein Martini.

Irgendwo dazwischen würde ich gehen. Für eine genauere Antwort können Sie zu etwas wie dem Physikstapel gehen.

„Höher gehen“ ist ein guter Punkt. Unter der Annahme, dass ein Planet mit geringer Schwerkraft den gleichen Oberflächenluftdruck wie die Erde hat (was ich nicht für unmöglich halte), wäre die Druckabnahme mit zunehmender Höhe geringer als auf der Erde. So könnte es für Ihr Luftschiff möglich sein, auf der doppelten Höhe des Everest zu fliegen, ohne an Auftrieb zu verlieren und ohne dass die Besatzer Sauerstoffmasken benötigen.

Ich kann mich hier irren, aber

bestimmt nicht den Auftrieb, sondern die Differenz der inneren Gesamtdichte des Gefäßes zur äußeren Flüssigkeitsdichte. Wie ein Betonboot schwimmt, weil es genug Raum verdrängt, dass die Gesamtdichte des Schiffes geringer ist als die des umgebenden Wassers.

Die Schwerkraft spielt also keine Rolle, weil sie im System einheitlich ist, was zählt, ist die Konstruktion Ihres Luftschiffs.

Da die Flächenpressung gleich ist, spielt das Gesamtvolumen keine Rolle.

Andererseits nehme ich an, dass die Lautstärke eine Rolle spielen könnte, da sie die jeweilige Deckenhöhe des Fahrzeugs erhöhen könnte. Aber das würde stark davon abhängen, wie sich die Druckschichten der Planeten bilden, ist es ein glatter Gradient oder hat es Kurven. Ich denke, Temperatur und Chemie würden bei diesem Aspekt dann auch eine Rolle spielen.

Die Lautstärke würde die Bodenbewohner nicht beeinträchtigen.

Luftschiffe in einer Welt mit 1/3 Schwerkraft, aber 3-facher Atmosphärenmasse?
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