Wie schnell müsste sich der Mond (Luna) drehen, damit jeder, der in unterirdischen Lebensräumen des Mondes lebt, eine erdähnliche Schwerkraft erfahren würde?

Also schreibe ich ein Science-Fiction-Buch und würde gerne wissen, wie ich berechnen könnte, wie schnell sich der Mond drehen müsste, um eine bestimmte Menge an Schwerkraft zu erzeugen, und wie viel Energie erforderlich wäre, um ihn zum Drehen zu bringen so schnell. Bei Google konnte ich dazu keine Informationen finden. Wenn Sie antworten, geben Sie bitte den Rechner/die Gleichungen an, die Sie zur Berechnung der genannten Informationen verwendet haben.

Okay, ich sehe, einige Leute haben meine Frage falsch verstanden. Ich weiß, dass künstliche Schwerkraft durch Rotation "erzeugt" werden kann. Was ich meinte, war, wie schnell (RPMs) sich der Mond drehen müsste, um die Schwerkraft der Erde für unterirdische Lebensräume zu erreichen. Damit jeder, der in diesen unterirdischen Lebensräumen lebt, eine der Erde ähnliche Schwerkraft erfahren würde. Etwas Ähnliches wie hypothetische rotierende Raumstationen, außer dass sich in diesem Fall der gesamte Mond drehen würde, sodass jeder, der in seinen unterirdischen Lebensräumen lebt, erdähnliche Schwerkraft erfahren würde.

Rotation erzeugt Zentrifugalkräfte, die der Schwerkraft entgegenwirken, richtig? Eine schnellere Rotation bedeutet also eine kleinere scheinbare Gravitationsbeschleunigung auf der Oberfläche. Also .. Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Frage verstehe. Es sei denn, die Strukturen in diesen Monden sind für eine umgekehrte Schwerkraft ausgelegt?
So funktioniert die Schwerkraft nicht, der Spin verringert nur die Schwerkraft und der Mond dreht sich bereits so langsam wie er kann.
Ich denke, ihre Idee ist vielleicht, dass sich der Mond, da der Mond gezeitengesperrt ist, wie schnell um die Erde drehen müsste, damit die resultierenden Kräfte auf ein Objekt auf der "erdzugewandten Seite" ungefähr 1,2 g betragen würden. Natürlich würde alles, was sich nicht in der Nähe der Mitte des Gezeitenschlosses befindet (insbesondere alles auf der anderen Seite), entsprechend in den Weltraum geschleudert, also liege ich vielleicht falsch, was sie fragen.
Die Frage an sich ist unsinnig. Die Formel für die Schwerkraft lautet wie folgt. Fg=(G*m1*m2)/(d^2). Fg ist die Schwerkraft. G ist die Gravitationskonstante, ein fester Wert. m1 ist die Masse des ersten Objekts. m2 ist die Masse des zweiten Objekts. d ist der Abstand zwischen den Objekten. Beachten Sie, dass Geschwindigkeit oder Rotation in dieser Gleichung nicht erwähnt werden. Beides hat nichts mit der Schwerkraft zu tun. Wenn Sie die Schwerkraft erhöhen möchten, machen Sie entweder eines der Objekte massiver oder verringern Sie die Entfernung. Wenn dies nicht die gewünschte Antwort ist, müssen Sie Ihre Frage möglicherweise genauer stellen.
Bezüglich der Bearbeitung - wenn der Mond gedreht wird, um ihn als großen O'Neill-Zylinder zu behandeln, sind unterirdische Lebensräume nicht unterirdisch. Sobald die simulierte Spingravitation die tatsächliche Schwerkraft des Mondes (etwa 1/6 der Erdanziehungskraft) übersteigt, beginnt der Mond auseinanderzufliegen. Es wird keinen Boden geben, der "unter" sein könnte, lange bevor der Spin 1,2 G erreicht.
Wenn Sie die technologischen Möglichkeiten haben, dieses riesige unterirdische Projekt auf einem Mond durchzuführen. Wenn Sie genug Energie haben, um einen Mond schneller drehen zu lassen (!), können Sie Megastrukturen bauen. Warum bauen Sie nicht einen O'Neill-Zylinder im Weltraum? Es ist einfacher, ein Rad (Zylinder) zu drehen, als einen ganzen Mond zu drehen.
@OptimusePrime Wussten Sie, dass, wenn die unterirdischen Lebensräume des Mondes existieren und Sie den Mond immer schneller drehen würden, die künstliche "Spin-Schwerkraft" alle an die Decke ziehen würde?
Du meinst Negativ Eins-G richtig?
Es scheint, dass Sie ein Missverständnis von "künstlicher Schwerkraft, die durch Rotation 'erzeugt' wird" haben. Es wird in den Antworten nicht ausdrücklich erwähnt, daher werde ich es hier angeben: Diese "künstliche Schwerkraft" geht von der Mitte des Raumfahrzeugs nach außen und nicht nach unten zur Mitte, wie Sie anscheinend annehmen. Sie gehen auf der "Decke" oder möglicherweise "Wänden" von rotierenden "Schwerkraft" -Systemen.
Wie andere bereits betont haben, ist es nicht wirklich möglich, den Mond so schnell zu drehen. Aber warum nicht einfach eine Rennstrecke in einer Lavaröhre bauen? Lavaröhren können mehr als Kilometer breit und Hunderte von Kilometern lang sein. Der Bau eines sich drehenden Rings im Umkreis von einem Kilometer in einer Lavaröhre scheint machbar. Sie müssten den Boden anwinkeln, um den Schwerkraftvektor zu berücksichtigen, aber es sollte funktionieren.
Die Frage wird unter Verwendung falscher Prämissen gestellt.
Ich habe noch nie erlebt, dass so viel Energie für eine so verrückte Idee aufgewendet wird. Experiment. Nehmen Sie eine Tüte gefrorene Erbsen und schwingen Sie sie um Ihren Kopf. Versuchen Sie herauszufinden, wie schnell Sie es drehen müssten, bevor sich aufgrund der "künstlichen Schwerkraft" eine der Erbsen in Richtung Ihrer Hand bewegt. Wenn die Erbsen endlich den Sack platzen und überall herumfliegen, setz dich hin und überdenke deine Geschichte.

Antworten (6)

F = M v 2 R

Das ist deine Gleichung. Lassen Sie es uns konkretisieren.

m ist die Masse des Menschen in Kilogramm. Nennen wir es 75 kg (ca. 165 lb).

F ist die Summe aus dem Gewicht des Menschen auf der Erde und dem Gewicht des Menschen auf dem (sich nicht drehenden) Mond, in Newton. Dies liegt daran, dass die Zentripetalkraft aufgrund eines sich drehenden Planeten (oder Mondes) in einer Richtung wirkt, die der Schwerkraft dieses Planeten (oder Mondes) entgegengesetzt ist. Nennen Sie es 735 N Erdgewicht für etwas mehr als 120 N Mondgewicht (nah genug). F = 855N.

r ist der Rotationsradius in Metern. Der Radius des Mondes beträgt etwa 1738100 Meter am Äquator, wo wir unsere Basis für maximale Geschwindigkeit bauen werden. r = 1738100 Meter.

Jetzt müssen wir nur noch nach Geschwindigkeit auflösen:

F R M = v 2

F R M = v

Ersetzen Sie in unseren Variablen:

v = 855 N ∗ 1738100   M e T e R S 75 k G

Und lösen:

v = 4451   M e T e R S / S e C Ö N D

Der Umfang des Mondes beträgt 2×π×Radius oder 10920804 Meter. Unser Mond würde also alle 10920804/4451 Sekunden = 2453 Sekunden eine Umdrehung vollenden. Das ist ungefähr einmal alle 40,89 Minuten.

Das ist nicht so unvernünftig, oder? Aber hier ist der Haken. Alles, was sich am Äquator dieses Mondes auf der äußeren Oberfläche befindet und sich mit der Geschwindigkeit des Äquators bewegt, wird in die Umlaufbahn geschleudert. Das bedeutet Mondstaub, Felsen, Raumfahrzeuge, alles. Der Mond wird sich auflösen und die unterirdische Basis mit ihm, wenn Sie überhaupt einen Weg finden, die Basis überhaupt zu bauen (vielleicht bevor Sie die Rotation beschleunigen). Die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes beträgt nur 2380 Meter/Sekunde, und der Äquator hat die Uhr 4451. Also kein Mond mehr.

Die Lösung dafür besteht darin, den Mond durch eine unglaubliche Bindungskraft von im Wesentlichen magischer Stärke zusammenzuhalten. Wenn jedes Molekül unbeweglich an jedes andere gebunden wäre, könnten Sie Ihre Basis haben. Ob das für deine Geschichte funktioniert, weiß ich nicht.

Hinweis: Sie werden auf jedem Planeten jeder Größe auf dieses Problem stoßen, wenn Sie versuchen, seine Zentripetalkraft größer als seine Schwerkraft zu machen. Die äquatoriale Geschwindigkeit wird über die Fluchtgeschwindigkeit steigen, und der Planet wird zerfallen. Deshalb tritt eine solche künstliche Schwerkraft typischerweise nur in Raumstationen auf, die überhaupt nicht durch die Schwerkraft zusammengehalten werden.

2453 Sekunden sind ungefähr 40 Minuten, nicht 40 Stunden. Vielleicht möchten Sie die Schlussfolgerungen danach überarbeiten
@L.Dutch Ich habe es selbst bearbeitet. Die Schlussfolgerung muss nicht revidiert werden: Es ist offensichtlich, dass die Zentripetalkraft viel höher wäre, wenn sich die Erde in 40 Minuten anstatt in 24 Stunden drehen würde. Der Rest der Antworten steht.
@L.Dutch Duh, danke! Late-Night-Post, mein Fehler. Ich wusste, dass etwas an dieser Einheitenumrechnung nicht stimmte.
Die Kraft aufgrund des sich drehenden Planeten ist zentrifugal ; Die Schwerkraft, der Sie entgegenwirken möchten, ist die Zentripetalkraft.
Was wäre, wenn der Mond vollständig aus festem (ehemals geschmolzenem) Metall bestehen würde?
@Michael Selbst sehr starker Stahl hat eine Bruchlänge von nur etwa 30 km (was bedeutet, dass ein 30 km langes Kabel, das daraus besteht, unter seinem eigenen Gewicht brechen würde, wenn es einem g Schwerkraft ausgesetzt wäre ) . Vergleichen Sie das mit dem Radius des Mondes von etwa 1700 km. Also würde auch ein sich drehender Stahlmond auseinanderbrechen.
@Michael Mond mit gleichem Durchmesser oder gleiche Masse? Die Dichte von Metall unterscheidet sich von der des Mondes, so dass Sie je nach Metall (z. B. Gold) bei gleichem Monddurchmesser möglicherweise sogar ohne Drehung eine höhere Schwerkraft als die Erde erreichen können.
@Michael Natürlich würden wir dann den "Mond" umkreisen, haha!

Eine so hohe Rotationsgeschwindigkeit würde den Mond zersplittern lassen.

Die Rotationsrate müsste nicht nur genügend Zentrifugalkraft ausüben, um Menschen dazu zu bringen, 1,2 G zu spüren, während sie sich an der Decke einer Höhle befinden, sie müsste auch die natürliche Schwerkraft des Mondes überwinden.

Bei dieser Geschwindigkeit verlassen Objekte wie Felsen und Mondregolith die Oberfläche und fliegen in den Weltraum. Es wäre wahrscheinlich hoch genug, um das Mondgrundgestein auseinanderbrechen zu lassen und auch in den Weltraum zu fliegen.

Das. "Wahrscheinlich hoch genug sein" bedeutet definitiv hoch genug, um die Kruste, den Mantel und den Kern zu zerstören. Die Erde würde einem Massensterben durch die Trümmer ausgesetzt sein (nur ein 50-millionstel des Mondes ist eine Kugel mit einem Durchmesser von etwa 10 km). Hasst du nicht dieses lästige Quadratwürfelgesetz?
@KevinKostlan Ich glaube nicht, dass es die Erde bombardieren würde, die Masse ist immer noch im Orbit. Wir würden einfach ein wirklich schönes Set Ringe bekommen, bestehend aus Mondgestein und Stücken von Mondbasisbewohnern.
@Ben Die Masse ist immer noch im Orbit vorhanden, ja, aber jedes Stück in einem anderen Orbit, einige davon rund, andere sehr exzentrisch mit Perigäum <6e6m.
Das Zerbrechen des Mondes wird nicht passieren - weil die Energie, die benötigt wird, um es genug zu beschleunigen, es sowieso schmelzen wird, wenn es in einer angemessen schnellen Zeitskala geschieht.

Bah.

Ich will einen riesigen, sich drehenden Lebensraum auf dem Mond! Wenn wir den ganzen Mond nicht so schnell drehen können, ohne dass die Felsen darauf abheben (was Sinn macht, akzeptiere ich widerwillig), werden wir einen Lebensraum auf der Oberfläche des Mondes bauen und diese Drehung haben. Nun, wie schnell?

von https://rechneronline.de/g-acceleration/centrifuge.php

Screenshot von der Gforce-Rechnerseite

Wenn mein Habitat also 0,025 Umdrehungen in einer Minute macht, bedeutet das 1 Umdrehung in 40 Minuten. Der Umfang des Mondes beträgt 3.476.000 Meter. Das bedeutet, dass wir im Habitat in einer Minute 86900 Meter zurücklegen. Das sind 5214 km/h.

Oh, das ist schnell, sagst du. Zu schnell, oh mein Gott. Dinge werden kaputt gehen. Das Schiff kann viel mehr aushalten. Pish posh sag ich euch! Das ist der Mond! Es gibt keine lästigen Insekten, die man auf die Windschutzscheibe spritzen könnte. Und wir haben eine Magnetschwebebahn. Der rotierende Lebensraum wird sich wie ein modischer Gürtel um die Mitte des Mondes drehen.

Sie müssen sich auf den neuesten Stand bringen, bevor Sie einsteigen. Dafür wird es spezielle Orte geben.

Im ersten Schritt muss sich der Mond schnell genug drehen, um alles direkt unter der Oberfläche mit einer Beschleunigung zu versehen, die der Fluchtgeschwindigkeit entspricht. Dann muss der Spin ausreichend erhöht werden, um die erforderliche künstliche Schwerkraft zu erzeugen.
@ KerrAvon2055 - Die 0,2 G ist die Anziehungskraft des Mondes. Dann ist die verbleibende 1 die Erdanziehungskraft. Passagiere im Spinning Moon Belt erfahren 1 G, wenn sie an der Decke laufen.
Mea culpa - vorheriger Kommentar zurückgezogen
Warum lassen Sie Ihren 200 m Lebensraum nicht einfach rotieren? Das ist eine viel vernünftigere Drehzahl.
@PaŭloEbermann - Sie haben nicht die gleiche malerische Aussicht aus den Fenstern.
Sie können eine Basis auf einer kreisförmigen Eisenbahnschiene um die Wände eines Kraters oder auf einer flachen Maria bauen.
Eine Strecke rund um den Mond, um genug Geschwindigkeit für 1 g zu bekommen?!? Das ist völlig verrückt! Ich liebe es. Wie schnell können wir mit dem Bau beginnen?

Eine intuitive Erklärung

Wenn Sie den Mond drehen, möchten Sie, dass die scheinbare Schwerkraft vom Kern weg in den Weltraum zeigt. Das ist in Ordnung, außer dass nicht nur Ihr Lebensraum diese scheinbare Schwerkraft erfährt. Auch Steine ​​an der Oberfläche "wollen fallen", und wenn die Dinge vom Kern wegfallen ... "fallen" die Steine ​​in den Himmel.

Das wird in der Tat zu einem außer Kontrolle geratenen Prozess - alles, was "wegfällt", verringert die Masse des Mondes, verringert seine Anziehungskraft und lässt mehr Material schneller wegziehen. (Dies ist eine Mischung aus Fluchtgeschwindigkeit und der Roche-Grenze .) Siehe auch dies .

Ein solcher Zerfall war ein Handlungspunkt in einem Teil der Long Earth- Serie.

Es gibt zwei interessante Möglichkeiten, damit umzugehen. Eine besteht darin, die Oberfläche zusammenzukleben, aber an diesem Punkt können Sie genauso gut Ihren eigenen Lebensraum bauen - selbst die Risiken sind die gleichen. Die andere besteht darin, den Mond zu kernen und Ihre Lebensräume hinein zu legen, dann lassen Sie sie auf dem stationären Felsen darüber ruhen, damit sie nicht in den Weltraum fallen, der gleichzeitig den Felsen stützt. Sie wollen einen reibungslosen Schienensatz. Die genauen Abmessungen wirken sich auf Ihre benötigte Geschwindigkeit aus, aber das wird durch die Zentrifugenberechnungsantworten gegeben.

Wayfaring Stranger gibt Ihnen die Mathematik, warum Ihre Idee unpraktisch ist (unmöglich, ohne Supermaterialien).

Ein praktischerer Weg, die Rotation zu nutzen, um die scheinbare Schwerkraft auf dem Mond zu erhöhen, wäre, rotierende Habitate in Form eines Kegelstumpfs zu haben (Zylinder, bei dem ein Ende breiter als das andere ist; in diesem Fall viel breiter).

Grundsätzlich würden Sie einen unförmigen O'Neil-Zylinder in die Kruste des Mondes einbetten (schmales Ende nach unten), so dass sich die Kombination der Schwerkraft des Mondes und der Zentripetalkraft des rotierenden Lebensraums ausrichtet und zu einem scheinbaren 1G innerhalb des Lebensraums führt .

Das wurde also schon angesprochen, aber los geht's: Das Problem bei der Frage ist, dass die Zentrifugalkraft das Gegenteil der Schwerkraft ist, da eine Erhöhung der Zentrifugalkraft des Mondes die Schwerkraft verringern würde. Damit dies funktioniert, müssten die Menschen in den Höhlen an der Decke dieser Höhlen stehen.

Wenn Sie an Hinweise darauf in Medien wie Interstellar, Cowboy Bebop usw. denken, ist der Teil der Raumstation, der Schwerkraft hat, die Außenwand, aber nur auf der Innenseite, wobei die Füße einer Person in Richtung Weltraum und ihr Kopf auf den Rotationspunkt zeigen . Das macht auch Sinn, nimm eine Schnur/Gürtel, halte sie über den Kopf und drehe sie - die Fliehkraft drückt nach außen.

Der andere Teil, wie von anderen erwähnt, ist die Belastung der Mondoberfläche. Die Notwendigkeit, die Oberfläche zusammenzubinden, wäre wahrscheinlich das erste Problem, das angegangen werden muss.

Wie schnell müsste sich der Mond (Luna) drehen, damit jeder, der in unterirdischen Lebensräumen des Mondes lebt, eine erdähnliche Schwerkraft erfahren würde?
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