Wie kann ich das Gewicht berechnen, das ein Insasse eines Luft-Raumfahrzeugs während suborbitaler, aber nicht ballistischer Flugbahnen erfährt?

Im Orbit erfahren Astronauten relativ zu ihrer Kapsel oder Raumstation "Schwerelosigkeit", weil sie sich mit der gleichen Orbitalgeschwindigkeit bewegen wie das umgebende Raumschiff.

Ich habe gehört, dass die SR-71-Amsel über Mach 3 geflogen ist, was etwa 14% der Umlaufgeschwindigkeit entspricht, und dass sie daher nur 86% der Schwerkraft eines ruhenden Fahrzeugs erfahren würde.

Ist das wahr?

Dies ließ mich fragen, wie ein suborbitaler, aber ebener (nicht ballistischer) Weltraumflug aussehen würde, bei dem Niveau bedeutet, eine konstante Höhe beizubehalten.

Frage: Wie kann das Gewicht berechnet werden, das ein Insasse eines Luft-Raumfahrzeugs während suborbitaler, aber nicht ballistischer Flugbahnen erfährt?

Ihre Frage scheint nicht mit dem Titel übereinzustimmen. Es ist auch unklar. Ziehen Sie eine Bearbeitung in Betracht. Wofür "erforderlich"?
Die Geschwindigkeit und Höhe des SR-71 sind in der Orbitalmechanik nicht zu vernachlässigen, aber geringer als für den Orbit erforderlich. Daher "suborbital". Ich habe es als Beispiel für eine suborbitale Flugbahn verwendet, weil es für Leute, die das Kerbal-Weltraumprogramm nicht gespielt haben, möglicherweise nicht offensichtlich ist, was ich damit meine.
Ihre Frage scheint keinen Sinn zu ergeben - selbst für Leute, die Kerbal spielen. Was fragst du eigentlich? Was meinst du mit "muss nur 86% nach oben beschleunigen"?
Fragen Sie, ob der SR-71 mit 100% der Umlaufgeschwindigkeit geflogen wäre, würde er sich mit Umlaufgeschwindigkeit bewegen?
Ich glaube, OP bedeutet so etwas: Bei einer horizontalen Geschwindigkeit von 0 müssen Sie 100% Ihres Gewichts in Aufwärtskraft aufbringen, um die Höhe zu halten. Bei Orbitalgeschwindigkeit müssen Sie 0 % Ihres Gewichts als Aufwärtskraft aufbringen, um die Höhe zu halten. Die Frage: Müssen Sie bei 14 % Orbitalgeschwindigkeit nur 100 %-14 % = 86 % Ihres Gewichts an Aufwärtskraft aufbringen, um die Höhe zu halten, oder ist die Berechnung anders?
@RussellBorogove, wie interpretierst du "Craft at Rest"?
[Aufwärtskraft erforderlich, um] die Höhe bei einer horizontalen Geschwindigkeit von Null zu halten.
Ah. Wenn man also "Kraft" durch "Beschleunigung" ersetzt, könnte man Ihre Interpretation erhalten.
Ugh, ich habe alles außer der endgültigen Antwort, denn heute ist kein trigonometrischer Tag.
@RussellBorogove fügt die Karman-Linie hinzu, um es absolut perfekt zu machen.
Ja tut mir leid! @RussellBorogove hat richtig interpretiert, was ich gefragt habe.
Hin und wieder mache ich eine große Bearbeitung an der Frage eines neuen Benutzers, um 1) ihnen zu helfen, sie wieder zu öffnen, und 2) ihnen zu helfen, zu sehen, wie man eine Frage stellt, die besser zum Stil der Website passt. Ich habe weitere "Wissenschaftswörter" und "Weltraumwörter" hinzugefügt, um die Frage erneut zu öffnen. Ich habe auch versucht, darauf zu achten, die Frage nicht so zu ändern, dass sie sich auf die bereits geposteten Antworten auswirkt. Persönlich denke ich, dass Insta-Schließen hier nicht hilfreich, unproduktiv und ungünstig war ; Es gab keinen Grund, Antworten so schnell vorzublocken .
@uhoh: Schöne Bearbeitung, Abstimmung für die Wiedereröffnung.
Ich habe das Gefühl, dass die Bearbeitung etwas weit gegangen ist; Es liest sich jetzt fast wie eine subjektive Frage der Astronautenerfahrung und nicht wie eine Frage zur Mechanik / Physik eines SR-71.
@RussellBorogove Ich denke, dass der Titel objektiv genug ist, und das "dies" im letzten Satz bezieht sich auf "das Gewicht, das ein Insasse eines Luft-Raumfahrzeugs während suborbitaler, aber nicht ballistischer Flugbahnen "fühlt", von dem ich die Frage wiederholt habe den Titel wieder innerhalb des Hauptteils der Frage und änderte "Gefühle" in "Erfahrungen". Wie sieht es jetzt aus?
Die ursprüngliche Frage bezog sich überhaupt nicht auf die Insassen, aber das ist in Ordnung.
@uhoh Es tut mir wirklich leid wegen der ursprünglichen Frage! Ich weiß nicht viel über dieses Thema und bin nicht gut darin, meine Fragen verständlich zu formulieren. Diese Bearbeitung erfüllt genau das, wonach ich gefragt habe. Außerdem glaube ich, dass ich die Antwort selbst herausgefunden habe! Es ist nur die Schwerkraft in diesem Abstand vom Zentrum minus der Zentripetalkraft, die Sie spüren würden, wenn Sie die Geschwindigkeit und den Abstand vom Zentrum verwenden. Dies würde nur für den Horizontalflug funktionieren, aber angesichts der Frage, die ich gestellt habe, ist das in Ordnung. Ich habe jetzt auch eine coole Möglichkeit, die Umlaufgeschwindigkeit (für eine kreisförmige Umlaufbahn) in einer bestimmten Höhe zu finden!

Antworten (1)

Meine Interpretation deiner Frage ist folgende:

  • Bei einer Horizontalgeschwindigkeit von 0 muss ein Flugzeug 100 % seines Gewichts als Aufwärtskraft aufbringen, um seine Höhe zu halten.
  • Bei Umlaufgeschwindigkeit, bei der sich die Erdoberfläche genauso schnell wegkrümmt wie das Flugzeug fällt, muss es 0 % seines Gewichts an Aufwärtskraft aufbringen, um die Höhe zu halten.
  • Die Frage: Muss ein Flugzeug, das mit 14% der Umlaufgeschwindigkeit fliegt, nur 100%-14% = 86% seines Gewichts an Aufwärtskraft aufbringen, um seine Höhe zu halten, oder ist die Berechnung anders?

Wenn diese Interpretation gut ist, sollten Sie Ihre Frage zur Klärung bearbeiten.

Ich habe gehört, dass der SR-71 mit etwa 14 % der Orbitalgeschwindigkeit geflogen ist,

Die Umlaufgeschwindigkeit der Erde beträgt ~7700 m/s; 14 % wären 1080 m/s oder ~2410 mph. Wikipedia sagt mir, dass die Höchstgeschwindigkeit des SR-71 2200 Meilen pro Stunde beträgt; nahe genug.

Es müsste nur 86 % des Fahrzeugs im Ruhezustand nach oben beschleunigen.

Bei Orbitalgeschwindigkeit entspricht die nach unten gerichtete Krümmung der Erde, wenn Sie vorwärts gehen, genau Ihrer Fallgeschwindigkeit, sodass Sie nicht nach oben beschleunigen müssen, um die Höhe zu halten. Es ist jedoch keine lineare Beziehung.

Die Zentripetalbeschleunigung ist die nach innen gerichtete Beschleunigung, die erforderlich ist, um eine kreisförmige Bahn aufrechtzuerhalten, und die Formel dafür lautet v 2 / R . Wenn v Ist v Ö R B ich T (Orbitalgeschwindigkeit für eine bestimmte Höhe), dann ist die Beschleunigung per Definition dieselbe wie G , die Beschleunigung unter der Schwerkraft der Erde. Wenn v unter der Umlaufgeschwindigkeit liegt, G ist zu groß, also müssen Sie einen Teil davon durch Aufwärtsbeschleunigung ausgleichen, dh einen Teil Ihres eigenen Gewichts heben. Bei v = 0,14 × v Ö R B ich T , würden Sie nach unten beschleunigen wollen 0,0196 × G Um eine kreisförmige Bahn beizubehalten, müssen Sie den natürlichen Gravitationsfall bis auf diesen Großteil aufheben und immer noch 98% Ihres Gewichts heben.

Wäre die Aufwärtsbeschleunigung nicht v^2/r? Also für einen SR-71 bei 26.000 Metern (+ Erdradius) und dieser Geschwindigkeit ~ 0,2 m / s ^ 2, was ~ 2% von g entspricht, ziemlich nahe an dem, was Sie bekommen haben.
Ja, das scheint vernünftig.
Ich habe die Frage bearbeitet und dort kommentiert und für die Wiedereröffnung gestimmt. Ich glaube nicht, dass die Bearbeitung Änderungen vornimmt, die sich auf Ihre Antwort auswirken. Wenn dies der Fall ist, können Sie mich gerne anschreien und / oder weiter bearbeiten. Hinzu kommt die Zentripetalbeschleunigung v 2 / R alles was hier gebraucht wird? Es ist nichtlinear, Null bei Null und G bei Orbitalgeschwindigkeit und -radius.
@uhoh Das dachte ich mir sicherlich, als ich das 4 Stunden vor dir kommentierte.
@OrganicMarble Ich habe mich darauf konzentriert, den Teil „Bitte zögern Sie nicht, mich anzuschreien“ zu schreiben. Ich kam ein paar Minuten später zurück, um den zentripetalen Teil hinzuzufügen, konnte aber nicht nach dem Stand der Technik suchen. Ich sah hier und unter der Frage "eine Art trigonometrische Beziehung", machte mir Sorgen und wollte eine einfachere Alternative anbieten. Hat jemand was von einer Deadline gesagt (entschuldigt sich und verlässt den Raum)
Meinen Kosinus-Unsinn behoben. Die quadratische Relation schien mir zunächst richtig, aber dann überlistete ich mich, indem ich dachte: "Nein, der Bogen der Erdoberfläche ist ein Kreis, kein Quadrat ..." Danke an Sie vernünftige Menschen!
Huh! Ich hatte genau die gleiche Idee, wie ich herausfinden könnte, wie viel Schwerkraft aufgehoben werden müsste, und ich kam hierher zurück, um die Frage zu lösen. Entschuldigen Sie übrigens die verwirrende ursprüngliche Frage. Ich lerne gerade erst f = ma im Unterricht und bin nicht sehr gut darin, meine Fragen verständlich zu formulieren. Danke!
Wie kann ich das Gewicht berechnen, das ein Insasse eines Luft-Raumfahrzeugs während suborbitaler, aber nicht ballistischer Flugbahnen erfährt?
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