Wetter um eine Zone mit veränderter Schwerkraft

Vor Tausenden von Jahren erschuf ein Zauberer einen „downroad“. Dies ist ein Gebiet unsichtbarer Magie in Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 3 m und einer Länge von 100 km, der von Osten nach Westen direkt über der Oberfläche eines flachen Landgebiets liegt. In der Downroad wird die Schwerkraft um 90 Grad verändert, sodass sie direkt nach Westen zieht anstatt zum Boden. Wenn also jemand am östlichen Ende in die Downroad tritt, wird er 100 km lang frei fallen, bis er am westlichen Ende herauskommt (und hoffentlich etwas hat, um ihn dort sicher zu verlangsamen).

Die Abfahrt zieht natürlich sowohl Luft als auch Menschen an. Es wird also einen starken Wind geben, der die Straße hinunterbläst. Die Windgeschwindigkeiten werden durch die Reibung mit der Umgebungsluft außerhalb der Straße begrenzt. Aufgrund der Reibung ziehen sie diese Umgebungsluft mit sich, so dass um die Straße herum ein großes Wettermuster entstehen kann.

Die Reibung der Luft in der Abfahrt mit der Außenluft würde ebenfalls eine Erwärmung verursachen.

Meine Frage ist folgende. Wie schnell werden die Winde in der Abfahrt ungefähr sein? Reden wir von 10 m/s, 100 m/s, 1000 m/s? Und, um nachzufassen, wie viel globale Wirkung hätten diese Winde – nichts? Ökologische Zerstörung eines Kontinents? Zerstörung des gesamten Ökosystems des Planeten?

"Durch Reibung ziehen sie diese Umgebungsluft mit": Äh, nein. Das wirkliche Bild ist weitaus komplizierter als "ein Zylinder". Die Luft am westlichen Ende des Zylinders hat den Druck, der am Boden eines 100 km tiefen Brunnens erreicht würde, was sehr viel ist. (Vielleicht etwa 180 Atmosphären, aber darauf habe ich kein Vertrauen.) Andererseits ist die Luft nicht im Zylinder eingeschlossen und wird radial mit hoher Geschwindigkeit über die gesamte Länge des Zylinders ausströmen. Was Sie also haben, ist Luft, die am östlichen Ende mit Überschallgeschwindigkeit eindringt und über den größten Teil der 100 km ausbläst .
Angesichts der Tatsache, dass die Wände des Zylinders luftdurchlässig sind, ist es wahrscheinlich schrecklich schwierig, das Problem vollständig und korrekt zu lösen, FYI. Wie wird übrigens der Impuls erhalten? Wenn ich eine Waffe durch die Zylinderwand schieße, wird die Kugel auf der anderen Seite des Zylinders herausschießen, leicht verschoben durch die veränderte Schwerkraft?
@StarfishPrime Ja, die Kugel wird mit kaum einer Änderung ihrer Flugbahn geradeaus passieren (außer dass die Winde sie ablenken würden) - der Impuls wird nicht verändert, nur die Schwerkraft.
@AlexP Der Druck am Boden wäre geringer als der Druck am Boden eines 100 km tiefen Brunnens, da die Luft nicht im Zylinder eingeschlossen ist. Bereiche mit extrem hohem Druck würden dazu führen, dass sich die Luft aus der Straße heraus in Bereiche mit niedrigerem Druck ausdehnt und den Druck entlastet. Ich weiß nicht, ob die Luft Überschall wäre. Es könnte sein - aber es gibt viel Widerstand auf dem Weg.
Das Beschleunigen mit 1 g über eine so lange Distanz wird wahrscheinlich schlecht enden. Wahrscheinlich sprechen mehrere 1000 m / s und schreckliche Reibungswärmeprobleme
@Slarty, es wird interessant sein, weil die Luftmasse zusammen mit Ihnen beschleunigt ... wenn Sie einen sehr schlanken, pfeilförmigen Transport hätten und ihn genau richtig positionieren würden, könnten Sie ohne Erwärmung (Reibung oder Druck) wahrscheinlich ziemlich unvernünftige Geschwindigkeiten erreichen. Bis du am Ende ausgestiegen bist, als du einfach explodiert bist.
@Starfish Prime, vielleicht hast du Recht, es würde nicht gut enden.

Antworten (1)

TL;DR:

Zerstörung des gesamten Ökosystems des Planeten?

Ayup.

100 km lang, von Ost nach West knapp über der Oberfläche einer flachen Landfläche angelegt

Zu Ihrer Information, wenn die Welt, auf der Sie dies bauen, wie die Erde ist, befinden sich die Enden der Röhre aufgrund der Krümmung der Planetenoberfläche etwa 200 m über dem Boden.

Oder zumindest wird es am Anfang so sein. Ich gehe davon aus, dass die Stelle, an der die Röhre gerade die Oberfläche berührt, Winden von erschreckender Geschwindigkeit und Kraft ausgesetzt sein wird, die massive Staubstürme erzeugen werden, die schnell eine tiefe Rinne ausheben werden, sodass der größte Teil der Röhre weit über dem örtlichen Bodenniveau liegen wird .

freien Fall für 100 km, bis sie am westlichen Ende herauskommen

Im Vakuum würde die Fahrt etwa 140 Sekunden dauern und Sie würden eine Endgeschwindigkeit von etwa 1,4 km/s erreichen.

Da Sie sich in einer Atmosphäre befinden und die Wände der Röhre vollständig durchlässig sind, ist die tatsächliche Geschwindigkeit des Windes durch die Röhre außergewöhnlich schwer zu berechnen, ebenso wie Massendurchflussraten und Drücke. So sehr, dass ich es nicht einmal versuchen werde.

Und, um nachzufassen, wie viel globale Wirkung würden diese Winde haben

Wenn ein Luftpaket in der Röhre beschleunigt wird, nimmt der Druck dahinter (in Richtung des Röhreneingangs) ab und der Druck davor zu. Dies muss nicht unbedingt zu katastrophal hohen Drücken am Austrittsende und einem Vakuum am Eintrittsende führen, da überall dort, wo der Rohrinnendruck größer als der Umgebungsdruck ist, Luft über die Begrenzung des Rohrs strömt.

Es ist jedoch klar, dass der Druck am Ausgang am Ende höher sein wird als der Druck weiter stromaufwärts, und dieser Druckunterschied wird Winde erzeugen.

Nun, Problem zwei: Sie haben ein Perpetuum mobile geschaffen. Stellen Sie sich vor, Sie platzieren ein Rad an der Grenze des Rohrs, wobei sich ein Teil der Felge im Rohr befindet, und das Rad ist auf einer vertikalen Achse montiert.

Die veränderte Schwerkraft im Inneren des Rohrs zieht an der Felge des Rads, wodurch es sich dreht. Wenn jede Scheibe der Felge in das Rohr eintritt, erfährt sie eine Beschleunigung, bis sie sich aus dem Rohr herausdreht, an welchem ​​Punkt sie dem magischen Gravitationsfeld entkommt und nur noch dem Luftwiderstand ausgesetzt ist. Bis das Objekt seine Endgeschwindigkeit erreicht, wird es durch das wechselnde Gravitationsfeld, das es erfährt, kontinuierlich beschleunigt. Herzlichen Glückwunsch: Sie haben ein Perpetuum Mobile der ersten Art erfunden.

Lassen Sie uns jetzt darüber nachdenken, was als nächstes passiert. Luft strömt aus dem Austrittsende des Rohrs und erzeugt einen Hochdruckbereich. Luft strömt außerhalb des Rohrs in der stromaufwärtigen Richtung in einen Bereich mit niedrigerem Druck und diffundiert zurück in das Rohr hinein.

Dadurch entsteht ein toroidaler Wirbel, der von einem Perpetuum mobile angetrieben wird. In der Meteorologie wird eine solche Situation wahrscheinlich nicht als gut angesehen.

Ich denke , wenn der Wirbel wächst und den Boden schneidet, wird er sich in zwei gegenläufige vertikale Wirbel aufteilen, wie ein Paar Tornados. Es ist möglich, dass diese wachsen und schließlich einen einzigen riesigen Wirbel bilden, aber ich kann es nicht mit Sicherheit sagen. Das Ganze ist viel zu kompliziert, um darüber nachzudenken.

Wie groß und wie stark der/die resultierende(n) kreisförmige(n) Sturm(e) sein werden, kann ich Ihnen nicht sagen. Aber ich kann sagen, dass sie von einem Perpetuum Mobile angetrieben werden, das anscheinend eine beliebige Menge an Energie liefern kann ... Aufgrund seltsamer Kompressibilitätsfaktoren gibt es hier wahrscheinlich eine praktische Obergrenze für die Luftströmungsraten, aber Sie könnten Überschallwind entwickeln Geschwindigkeiten. Aufgrund der Geschwindigkeit und des Luftvolumens und der festen Position des Sturms würde er Boden vom Boden ablösen. Die entstehenden Staubwolken würden herumgewirbelt und zurück in die Röhre gesaugt und kostenlos beschleunigt, sodass dem Sturm beim Anheben und Beschleunigen von Material keine Energie verloren geht.

Sie werden schließlich mit einem kontinuierlichen Sand-Hurrikan am Ausgang enden ... möglicherweise ein Paar gegenläufiger. Ich bin mir nicht sicher, wie groß diese sein könnten. Das Zentrum des Sturms könnte einen Durchmesser von 100 km haben, um genau um die Quelle seiner Kraft zu passen. Es wird riesige Mengen an Material in den Himmel werfen, hauptsächlich Staub. Da es nie müde wird, könnte der Staub möglicherweise die Welt einhüllen und sie in Dunkelheit tauchen. Wenn sich die Röhre irgendwo in der Nähe eines Ozeans befinden würde, würde der Ozean wahrscheinlich riesige Mengen an Wasserdampf erzeugen, die wiederum riesige Regenstürme und vielleicht sogar genug Wasserdampf in großer Höhe erzeugen würden, um problematische Treibhauseffekte zu verursachen.

Gute Diskussion, das Problem ist, wie können wir überzeugend argumentieren, dass die Winde tatsächlich Überschall sein werden oder nicht? Ja, es ist ein Perpetuum Mobile, das ständig eine gewisse Energiemenge pro Sekunde erzeugt, aber wie verhält sich diese Energiemenge im Vergleich zum gesamten Sonnenlicht auf der Oberfläche des Planeten? Wenn es nur 1 % des einfallenden Sonnenlichts oder weniger ist, dann würde ich keine vollständig globale Katastrophe erwarten.
Ich berechne zum Beispiel, dass, wenn sich die Winde mit 1000 m/s bewegen, die Downroad rund 10 GW Strom erzeugen wird, was im globalen Maßstab unbedeutend ist. Die erzeugte Energie ist proportional zur Windgeschwindigkeit. Wolframalpha-Berechnung basierend auf Leistung = Arbeit/Zeit = Kraft * Weg / Zeit = Beschleunigung * (Luftmasse in der Straße) * Strecke / (Zeit, die die Luft braucht, um die Straße zu passieren)
Außerdem ist diese Stromerzeugung aus Windgeschwindigkeiten von 1000 m/s im Vergleich zur Energie eines Hurrikans winzig, sodass sie nicht ausreichen würde, um einen Wirbel in der Größe eines Hurrikans auf beiden Seiten der Straße aufrechtzuerhalten. Und wir müssten die Umgebungsluft tatsächlich sehr schnell bewegen, damit die Winde in der Abfahrt 1000 m / s betragen, ohne durch Reibung mit der Umgebungsluft langsamer zu werden - und 1000 m / s Umgebungsluft würden so etwas wie einen Hurrikan oder mehr erfordern. Vielleicht sind 1000 m/s physikalisch unrealistisch und die Winde wären eher 100 m/s oder weniger.
@ursächlich Die erzeugte Strommenge ist fast beliebig ... sie hängt von der Masse des Materials ab, das in das Rohr eingespritzt wird. Es beginnt nur als Luft (und die Dichte der Luft am Austrittspunkt kann mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit steigen). Da Staub und Wasser und andere dichte Materialien mitgerissen werden, steigt sie erheblich an. Das wirklich Interessante ist, was über längere Zeiträume passiert und die Geologie unter dem Ausgang. Lava-Hurrikane, irgendjemand?
Sicherlich würde etwas Nicht-Luft-Materie in die Downroad gelangen, Staub und Wasser und dergleichen, aber es wird nicht so viel über die Luft selbst hinausgehen. Dichtere Objekte werden mit geringerer Wahrscheinlichkeit aufgenommen, und feste Objekte, die aufgenommen werden, werden stromabwärts ausgespuckt, sodass sie nicht wieder eindringen können. Der größte Teil der Masse in der Abfahrt wäre Luft (900.000 kg Luft). Mit Kompression der Luft könnte dies vielleicht eine drei- oder viermal größere Masse sein, aber 30 oder 40 GW sind immer noch nicht viel im Vergleich zu einem Hurrikan.
Außerdem sind alle Fragen über Felsen und Lava, die aufgerissen und in die Downroad gesaugt werden, strittig, wenn die Winde keine sehr hohen Geschwindigkeiten erreichen. Basierend auf den obigen Überlegungen zur Stromerzeugung vermute ich, dass dies nicht der Fall ist.
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