Was sind die Folgen der Verwendung von begrenzter Anti-Schwerkraft für Luftschiffe im Steampunk-Stil?

Das Szenario: Luftschiffe sind großartig, aber in der realen Welt wird das Luftschiffdesign stark durch das Problem des Auftriebs eingeschränkt. Es scheint, dass vor allem dies die eleganten und kompakten Schiffe von Steampunk und Fantasy unrentabel macht. Ballons müssen riesig sein, um eine ausreichende Masse zu tragen. Dampfmaschinen, Rüstungen und andere lustige Dinge sind unerschwinglich schwer.

All dies wird oft höflich ignoriert. Aber ich würde gerne versuchen, eine Welt zu entwerfen, in der das Problem des Auftriebs teilweise umgangen wird, indem ein einziges unwirkliches Element mit definierten Parametern und ansonsten realistischen Konsequenzen hinzugefügt wird: in diesem Fall eine Maschine, die begrenzte Antigravitation erzeugen kann.

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Mein Wissen über Physik ist oberflächlich, aber soweit ich weiß, ist ein solches Gerät innerhalb bekannter Gesetze nicht möglich. Aber abgesehen von dieser Frage, wie es erstellt werden könnte, hier ist eine mögliche Regel, die nachträglich dafür festgelegt wurde:

  • Es projiziert ein kugelförmiges Feld, in dem die Anziehungskraft reduziert ist.

  • Der Effekt ist ein Gradient mit Bedingungen nahe 0,1 g um das Gerät herum und nahe 1 g an den äußeren Rändern des Felds.

  • Die maximale Größe eines Feldes beträgt etwa 30 Meter oder 100 Fuß.

  • Die Feldgröße/-stärke kann nach oben und unten angepasst werden.

  • Es braucht Treibstoff.

  • Ich sehe eine Reihe potenzieller Probleme beim Umgang mit überlappenden Feldern - daher lasse ich es vorerst offen, ob sie kumulativ sind, sich aufheben usw.

Diese Regeln sollen als Referenz dienen, um die Konsequenzen der Kernidee zu bewerten; Wenn sie sich als unzureichend erweisen, ändere ich sie gerne. Das Endziel, begrenzte Antigravitation zu nutzen, um ein breiteres Feld für den Entwurf interessanter und nützlicher Luftschiffe zu schaffen, ist das, was wichtig ist.

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Die Frage: Begrenzte Antigravitation wäre eine gute ästhetische Ergänzung für diese Welt, aber ich bin mir bewusst, dass selbst ein kleines Durcheinander mit einem physikalischen Gesetz alle möglichen unvorhergesehenen Konsequenzen nach sich ziehen kann. Wird also ein begrenztes Antigravitationsfeld unter der obigen Prämisse so verrückte Auswirkungen auf die Physik haben (auf das Schiff, die Besatzung, das Hubgas, die Umgebungsluft, die Beziehung des Schiffes zur Drehung der Erde oder irgendetwas anderes)? unerschwinglich sein? Und wenn ja, können die oben genannten Regeln oder das typische Luftschiffdesign angepasst werden, um dies auszugleichen?

Wenn Sie nur versuchen, coole Steampunk-Luftschiffe in Ihrer Welt zu haben, warum sagen Sie nicht: "In meiner Welt funktionieren coole Steampunk-Luftschiffe einfach." und fertig damit?
Oder erzeugen Sie einfach ein wirklich sehr leichtes und reichlich vorhandenes Gas, damit kleinere Ballons mehr Auftrieb bieten können.
@sphennings: Wenn ich schreibe, möchte ich auch die Folgen jedes Systems, das ich verwende, nachverfolgen können. Es schafft zusätzliche Tiefe und kann interessante und unerwartete Wege hinunterführen. Abgesehen davon, einfache Präferenz.
@adaliabooks: Die meisten der offensichtlichen alternativen Lösungen (dichtere Atmosphäre usw.) funktionieren für diese spezielle Welt aus Gründen nicht, die mich schnell aus dem Rahmen der Frage bringen würden. Es genügt zu sagen, dass viele Aspekte der Geschichte von bereits definiert sind und die Antigravitation die beste konzeptionelle Passform wäre, wenn sie zum Funktionieren gebracht werden kann.
Ich denke, das ist eine berechtigte Frage. Sie erkennen an, dass das Phänomen nicht wissenschaftlich ist, möchten aber etwas über mögliche wissenschaftliche Auswirkungen dieses Phänomens wissen. Interessante Frage. Ziehen Sie vielleicht ein "Reality-Check"-Tag in Betracht, da Sie nach der Plausibilität/Konsequenz einer Idee fragen?
Auch Ihr zweites Bild ist kontogesperrt. Ziehen Sie in Betracht, es zu kopieren und in imgur.com einzufügen und es Ihrer Frage erneut hinzuzufügen?
@Era Fair genug, Anti-Schwerkraft scheint nur weitaus dehnbarer zu sein (und möglicherweise unbeabsichtigte Konsequenzen zu haben) als eine Art superleichtes Element.
@NexTerren: Danke für den Fang, habe es in imgur geändert. In Bezug auf Wissenschafts- und Realitätsprüfung habe ich tatsächlich etwa zwanzig Minuten lang hin und her diskutiert und ein paar Meta-Beiträge gelesen. Schließlich entschied ich, dass, da der Großteil der Antworten, nach denen ich suche, sich mit Physik im Gegensatz zu Logik befasst, wissenschaftsbasiert der bessere Weg ist. Wenn sich jedoch ein Konsens ergibt, werde ich ihn gerne ändern.
Die Serie Last Exile hatte etwas sehr Ähnliches, komplett mit Steampunk-Ästhetik, aber sie haben den Mechanismus meistens von Hand geschwenkt.
Flugplätze, wo die Schiffe ankommen und abfahren und wo ihre überlappenden und interferierenden Antigrav-Felder ständig das örtliche Gewicht von Passagieren, Arbeitern und Fracht verändern, scheinen besonders gefährliche Arbeits- oder Besuchsorte zu sein.
Beachten Sie auch, dass ein Antigrav-Ausfall aus irgendeinem Grund das Schiff sofort wie ein heruntergefallener Ziegelstein auf die Erde stürzen würde, wenn es das Schiff nicht mitten in der Luft auseinanderbrechen würde. Redundante Antigravs wären unerlässlich ... aber das bedeutet eine Gewichtsstrafe.
"Wir haben die Technologie, um Anti-Schwerkraft-Geräte zu bauen, aber keine Flugzeuge, und alles läuft mit Dampfmaschinen." Dies scheint unwahrscheinlich.
"The Aeronauts Windlass" von Jim Butcher macht fast genau das. Kristalle sorgen für Auftrieb, während Verkäufe für Motivation sorgen. Fügen Sie einen Gassack und eine großzügige Menge Handwavium hinzu....

Antworten (4)

Wo geht die Energie hin?

Sie zerstreuen potenzielle Energie, indem Sie ein Feld haben, das die Schwerkraft von Hand bewegt. Noch wichtiger ist, dass die potenzielle Energie nach dem Verlassen des Feldes wieder an Ort und Stelle einrastet.

Unendliche Energie?

Angenommen, Sie haben ein Wasserrad. Projizieren Sie dieses Feld über den linken Teil (leicht einschließlich des oberen mittleren Teils) davon. Jetzt ist der rechte Teil schwerer, also dreht er sich nach unten. Der Teil des Rads im Feld bewegt sich und der freiliegende Teil versucht, auf den Boden zu fallen ... das Rad dreht sich. Machen Sie das Rad massiver für mehr Kraft.

Das Gegenteil davon wäre, den aufgewendeten Treibstoff gleich der Energie zu machen, die erforderlich ist, um die Masse "über Wasser" zu halten (oder zumindest für die Anziehungskraft der Schwerkraft zu verringern). Das Problem dabei ist, wenn Sie diese Energie bereits verbrauchen, warum erweitern Sie sie nicht, um beispielsweise einen Propeller zu drehen oder als Treibstofftreibstoff? Sicherlich wären solche Verfahren weniger komplex, billiger und weniger fehleranfällig.

Dies würde in geringerem Maße auch innerhalb der Gashüllen passieren, könnte ich mir vorstellen. Das stärker von der Schwerkraft betroffene Gas an der Spitze (weiter entfernt vom Kern des Antigravitationsfelds) würde versuchen, herunterzufallen, und das weniger von der Schwerkraft betroffene Gas würde nach oben gedrückt. Ich bin mir nicht sicher, ob dies ein Gleichgewicht erreichen würde oder ob die daraus gewonnene Dynamik es ermöglichen würde, in einem Zyklus zu bleiben. Wenn es in einem Kreislauf bleiben würde, hätten Sie wieder ein Perpetuum Mobile, das alle möglichen Probleme verursacht und die Funktionsweise Ihrer Welt erneut grundlegend verändern würde, es sei denn, Sie gleichen es mit Kraftstoffkosten aus, in diesem Fall ...

Auswirkungen von Low-Gravity auf den menschlichen Körper

Angesichts Ihres Bildes würde die Besatzung an Bord der Schiffe während langer Fahrten ständig mit <0,5 g zu tun haben, was an Bord des Schiffes durchschnittlich ~ 0,3 zu sein scheint. Die verringerte Schwerkraft wirkt sich nachteilig auf den Menschen aus. Ich kenne keine Studien für dieses Maß an reduzierter Schwerkraft beim Menschen (es kommt nicht viel vor), aber "Schwerkraftlosigkeit" oder "Mikrogravitation" passiert Astronauten im Orbit / freien Fall um die Erde. Während der NASA-Shuttleflüge (die alle weniger als 18 Tage dauerten) wurde bei den Astronauten ein gewisser Knochen- und Muskelschwund und einige Rückenschmerzen festgestellt. Offensichtlich hätten Ihre Seeleute einen weniger extremen Fall (immer noch mit einer bedeutenden Schwerkraft), aber sie wären wahrscheinlich auch viel, viel länger als 12-16 Tage an Bord der Schiffe .

Langstreckenballistik wäre extrem komplex zu berechnen

Artillerie- und Kanonengeschosse können in der realen Welt abgefeuert werden und der schwerkraftinduzierte Lichtbogenpfad (und der endgültige Ruheort) kann durch Mathematik bestimmt werden (ziemlich gut geschätzt oder genau berechnet werden, einschließlich der Windgeschwindigkeit durch Berechnungen und Formeln). Das Passieren unsichtbarer Wolken der Schwerkraftmodifikation würde den Bogen königlich vermasseln und es nahezu unmöglich machen, auf nützliche Weise zu berechnen.

Potenzielle Energie ist nichts anderes als ein mentales Konstrukt, von „Zerstreuen“ zu sprechen, macht keinen Sinn. Durch das Ein- oder Ausschalten des Elektromagneten ändern Sie keine realen Eigenschaften von Metallgegenständen, oder? Das gleiche mit der Schwerkraft.
@Mołot Also beginnen zwei ruhende Körper aufeinander zu zu beschleunigen. Sie kollidieren schließlich und durch den Aufprall wird Wärme erzeugt. Woher kam die Bewegung und schließlich die Hitze? Haben Sie irgendwelche Quellen, die artikulieren können, dass es sich nicht um eine legitime Art von Energie handelt? Ich begrüße Korrektur, aber ich kann kein Googeln finden. Tatsächlich gibt es etablierte Formeln zur Berechnung der Joule der potenziellen Energie der Gravitation. en.wikipedia.org/wiki/Gravitationsenergie
Mentales Konstrukt kann Joule haben. Eine ähnliche Formel gilt jedoch für magnetische potentielle Energie, und Sie geben so ziemlich allem Metall potentielle Energie, wenn Sie den Elektromagneten einschalten. Dennoch hängt der Energieverbrauch beim Einschalten nicht von Metallgegenständen in der Nähe ab - Sie können es versuchen. Es ist nur ein Modell dessen, was ein Feld (ebenfalls nur ein Modell) potenziell leisten kann. Für Quellen, leider nur Papierquellen, die früher technische Physik an der Technischen Universität Warschau gelehrt haben.
@NexTerren: Hallo, ich wurde durch den Arbeitskauf abgelenkt. Ich wollte eine Folgefrage zu Ihrer Antwort stellen. Gibt es eine Methode, um zu riskieren, welche Art von Kraftstoffanforderungen erforderlich wären, um einen Weltuntergang zu vermeiden? Vermutlich muss es ausreichen, um normalerweise das größte Rad zu drehen, das Sie mit Steampunk-Technologie mit der gleichen oder einer höheren Geschwindigkeit konstruieren könnten? Oder gibt es da noch weitere Überlegungen?
@NexTerren Perpetuum mobile ist nicht möglich. Die durch das Drehen des Rades gewonnene Energie würde nicht ausreichen, um die Antigravitation auf unbestimmte Zeit mit Strom zu versorgen (vorausgesetzt, der Antigravitationsgenerator hält sich im Allgemeinen an die Gesetze der Physik).
@SteveES Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie sich nicht mehr an die Gesetze der Physik halten, wenn Sie "Antigravitation" sagen. Ich akzeptiere, dass Perpetuum Mobile nicht möglich ist (siehe verlinkter Wikipedia-Eintrag), aber Anti-Schwerkraft ist auch nicht möglich. Ich gehe in meiner Antwort tatsächlich auf das dadurch verursachte Problem und den Kraftstoffausgleich ein.
@Era Sie könnten sich die Treibstoffanforderungen für Hubschrauber ansehen, um in der Luft zu bleiben (ich kann anscheinend nichts finden). Das ist effektiv der Kraftstoffbedarf für eine unvollkommene Maschine (wie alle Maschinen), um die Schwerkraftbewegung auf 0 zu reduzieren. Wenn Sie schätzen, wie stark sich das Feld insgesamt im Durchschnitt auswirkt (sagen wir, 50% Kraftreduzierung? Mehr?), Können Sie dies ändern Kraftstoffbedarf um so viel.
Die Schwerkraft ist keine vom Massenmittelpunkt ausgehende Kraft. Es ist die Wirkung der Krümmung der Raumzeit. Ein Antigravitationsfeld bedeutet einfach ein Feld, das die Raumzeit in sich glättet. Da die Raumzeit vermutlich kontinuierlich bleibt, bedeutet dies, dass die Raumzeit an den Rändern des Feldes stärker gekrümmt sein muss, dh. erhöhte Schwerkraft haben. Die einzige Auswirkung des Feldes auf Ihr Wasserrad wären also erhöhte strukturelle Spannungen beim Betreten und Verlassen des Feldes. Oder anders ausgedrückt, die potentielle Energie ist innerhalb des Feldes statisch, ändert sich aber schnell an den Rändern.
@VilleNiemi: Interessant, diesen Kommentar habe ich bisher übersehen. Ich habe zwei Anschlussfragen, wenn Sie Zeit haben: 1) Gibt es einen Standardnamen für das Prinzip der Abflachung der Raumzeit, den ich nachschlagen kann, damit ich besser verstehen kann, was Sie damit meinen, dass die Ränder des Feldes stärker gekrümmt sein müssen? , etc.? Wenn Sie zufällig eine einigermaßen zugängliche Online-Quelle kennen, die ich als Ausgangspunkt verwenden könnte, wäre das ausgezeichnet. 2) Sagen Sie auch, dass im Gegensatz zu Strahlungseffekten jede Abflachung der Raumzeit wahrscheinlich eine ähnliche Veränderung im gesamten Feld bewirken würde?

Im RPG Space:1889 hatten sie Liftwood, das eine Antigravitationskraft lieferte. Es wollte in der Schwerkraft aufsteigen. IIRC, indem Sie das Holz mit Strom oder einem speziellen Gas (oder beidem) fluten, können Sie diesen Effekt verstärken.

Ich würde empfehlen, dass jeder Antigravitationseffekt auch so begrenzt wird. Lassen Sie es nur das Gerät selbst beeinflussen. Daher muss es sicher am Schiff befestigt werden, sonst reißt es sich vom Schiff los und fliegt hoch, bis ihm der Saft ausgeht. Dies vermeidet jegliche Art von überlappenden Feldeffekten. Es bedeutet auch, dass die Besatzung nicht angeschnallt bleiben muss, um zu verhindern, dass sie sich versehentlich vom Schiff stürzt, wenn sie einen Schritt macht.

Ich mag diese Idee. In Übereinstimmung mit dem Geist verwendet das Gerät die Gashülle vielleicht als eine Art Reaktionskammer, was die Notwendigkeit der Hülle betont.
ShadoCat & @NexTerran: Das ist eine großartige Idee, und ich habe eine Folgefrage dazu, wenn Sie Zeit haben. Dies würde den Fokus der vorgeschlagenen Technologie von der Gewichtsreduzierung auf die Erhöhung des Auftriebs verlagern, da das Gerät jetzt nur noch einen Teil des Schiffes anstelle des Ganzen beeinflussen würde. (Das ist das Gerät oder vielleicht das Gas in der Reaktionskammer für ein besseres Schiffsgleichgewicht.) Als Liftgas stößt Wasserstoff bereits an die Obergrenze dessen, wie leichte Materie gelangen kann. Kann die Verringerung der Schwerkraft dazu führen, dass es in der Luft schwimmfähig genug ist, um den Auftrieb um x4-x5 zu erhöhen, was ungefähr dem Betrag entspricht, um den ich die Ballongröße reduzieren möchte?
@Era, dafür gibt es keine Physik, aber wenn Sie etwas Magie oder Wissenschaft hätten! Erklärung für das Gas, das würde funktionieren. Es macht die Schiffe sehr anfällig für Schäden. Haben Sie Airship r505 airships.paulgazis.com gesehen ? Es ist eine lustige Webserie, die andere Annahmen zu Ihrer Geschichte hat, aber es könnte für Sie von Vorteil sein, sie zu lesen.

Wenn man eine Platte aus Anti-Grav-Material verwendet, könnte man das Schiff daran aufhängen. Dies würde das Aussehen ändern, da der Ballon weg wäre. Sie könnten es durch das Material ersetzen, das in die Form eines Drachen oder eines Raubvogels geschnitzt ist (nicht die klingonische Version).

Stellen Sie sich also vor, das Material ist schwer zu finden, schwer zu manipulieren, hat aber keine negativen Auswirkungen auf die Besatzung. Auch Magie könnte verwendet werden, um das Schiff anzutreiben, tatsächlich könnte das Schiff Segel haben, um den magischen Wind einzufangen, der aus den Händen des Magiers entspringt.

Keine mechanischen oder elektrischen Anforderungen, obwohl diese sicherlich ähnlich wie der magische Wind hinzugefügt werden könnten. Alles, was zusätzlich dazu gehört, würde Zusammenbrüche, kritischen Schaden in Schlachten, das Erschießen des Zauberers usw. ermöglichen.

dcy665 schlägt mich um eine halbe Stunde (gut gemacht, Kumpel), also werde ich versuchen, in die Tiefe zu gehen, während ich an demselben Konzept riffle: Das Schiff an der Antigrav-Quelle aufhängen, anstatt es im Rumpf unterzubringen.

Zentrieren Sie es über dem Schiff, so dass Besatzungseffekte eliminiert werden und sich fast alles auf dem Schiff einfach gemäß der normalen Physik verhält.

Sie könnten interne Gasblasen unter dem Massenmittelpunkt des Schiffes oder vielleicht so etwas wie Ausleger oder Pontons verwenden, die mit einer Substanz gefüllt sind, die leichter als Luft ist.

Das gibt dir Auftrieb, aber du brauchst auch Antriebskraft. Fächer anstelle von Rudern, verwenden Sie Segel, die auf neuartige Weise zur Nutzung der Windkraft montiert sind, einen riesigen dampfbetriebenen Propeller ... Denken Sie daran, dass je größer Ihr Schiff ist, desto mehr Wind wird ein Faktor sein. Dies wird noch dadurch verstärkt, wie sehr Sie sich beim Auftrieb auf Gas verlassen müssen. Je weniger Gas benötigt wird, desto wendiger ist das Schiff. Wenn Sie dies verlängern, können Sie den Auftrieb möglicherweise dadurch regulieren, wie viel Kraft zum Anti-Grav-Mechanismus fließt. Ohne diesen Mechanismus ist Ihr Fahrzeug schwerer als Luft.

Solche Dinge könnten dazu beitragen, die Dinge in einem netten Steampunk-Thema zu halten, ohne sich mit der Physik und anderen Effekten zu sehr um die Achse wickeln zu müssen.

Sie könnten sogar lustige Dinge tun, wie z. B. einen mutigen Helden, der Trickschüsse mit Kanonen macht, indem er die veränderte Ballistik der Kanonenkugel verwendet, die durch das Antigravfeld über dem Schiff fliegt. Lass sie mit der Kanone zielen, um direkt rechts neben den Anti-Grav-Dohickey auf dem nächsten Schiff zu schießen, um zusätzliche Reichweite zu erhalten und den Bösewicht auszuschalten, der sich aus den Wolken an den Flanken an dich heranschleicht :)