Viele kennen die Szenen von Astronauten im Training, die schwerelose Aktivitäten praktizieren, während sie in einem Pool mit neutralem Auftrieb untergetaucht sind.
In diesem Szenario befindet sich ein Astronaut in einem solchen Pool und durchläuft ein solches Training. Dieser Pool ist vollständig eingeschlossen, im Wesentlichen ein großer Würfel, der vollständig mit Wasser gefüllt ist. Oben befindet sich eine Luke zum Aussteigen, die normalerweise geschlossen ist. Es gibt keine Terrasse um den Pool, kein Gitter oder Treppen. Das Wasser im Würfel steht jedoch nicht unter Druck. Durch Öffnungen an der Oberseite ist es zur „Atmosphäre“ offen. Oben, unten und an den Seiten befinden sich Fenster zum Betrachten – sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen. Luft und Kommunikation werden ihr kontinuierlich durch eine Nabelschnur zugeführt. Sie hat einen kompletten Astronautenanzug an, vollständig versiegelt, unter Druck und in sich geschlossen.
Während einer Trainingseinheit hat diese Astronautin also einen „Black Out“.
Als sie das Bewusstsein wiedererlangt, sieht sie sich um und absolut alles scheint gleich zu sein. Derselbe Pool, dieselben Hilfsschwimmer in voller Ausrüstung (sie kann ihre Gesichter nicht sehen) um sie herum, dieselbe Umgebung hinter dem Pool durch die Fenster, die sie sehen kann. Aus ihrem Anzug-Chronometer geht hervor, dass sie nur wenige Sekunden bewusstlos war.
An welchem Punkt konnte sie erkennen, dass sie nicht mehr auf der Erde war, sondern bewusstlos zu einer exakt identischen Einrichtung auf dem Mond transportiert worden war?
BEARBEITEN
Es scheint einige Verwirrung über den „neutralen Auftrieb“ zu geben. Sie hat die gleiche Dichte wie das Wasser. Ihr Druckanzug, ihr Apparat und die Dichte des Wassers wurden alle so manipuliert, dass die Masse des Wassers, die sie verdrängt, genau ihrer Gesamtmasse entspricht. Sie schwimmt und geht nicht unter. Die Idee ist, dass sie, während sie im Wasser ist, im Wesentlichen Schwerelosigkeit erfährt. Jeder Auftriebskraft, die sie nach oben drückt, wird durch die Schwerkraft, die sie nach unten zieht, genau entgegengewirkt. Wenn sie sich bewegt, ist F=ma schwerkraftunabhängig . Wenn sie sich bewegt, ist die Masse des Wassers, die sie verdrängt oder "beiseite schiebt", genau die gleiche Masse wie der Teil ihres Körpers, der sie ersetzt. Trägheit ist genau das gleiche, Mond gegen Erde.
Die Auftriebskraft ist Null. Seien Sie sehr vorsichtig, wenn Sie Formeln und Gleichungen verwenden, Sie tappen nicht in die „Teile durch Null“-Falle. 8-8=0, ebenso 5-5=0. Wenn beide Seiten gleich sind, dann ist das Ergebnis, egal wie groß oder klein beide Seiten sind, immer noch Null. Eine Antwort ist nicht größer oder kleiner als die andere.
Daher sollte für eine akzeptable Antwort, obwohl die Tags dies nicht erfordern, jede Verwendung von Formeln, die zum "Beweisen" von Diskrepanzen zwischen der Situation auf der Erde und dem Mond verwendet werden, realistische Zahlen und ein numerisches Ergebnis für Erd- und Mondberechnungen enthalten, die sein können verglichen. Die verwendeten Zahlen müssen neutralen Auftrieb widerspiegeln.
Beachten Sie auch, dass sie das Wasser nicht verlassen kann . Es gibt keine "Kopffreiheit" über dem Wasser. Sie ist immer „im“ Wasser.
Beachten Sie auch, dass sie einen Druckanzug trägt . Der Druck des Anzugs wird automatisch angepasst, sodass im Wasser auf dem Mond derselbe Druck herrscht wie auf der Erde.
Wie von Cadence bereitgestellt, ist hier in den Kommentaren ein Link, der nützlich sein könnte.
ZWEITE KLÄRENDE BEARBEITUNG
Sie hat keinen besonderen Grund zu der Annahme, dass sie nicht mehr auf der Erde ist. Dies ist geschichtenabhängig und wurde daher nicht ausdrücklich erwähnt. Sie wurde auf der Reise sediert. Subtile Unterschiede würden es nicht bis zu ihrer bewussten Ebene schaffen. Es muss ein offensichtlicher Unterschied sein, damit sie es bemerkt. WARUM und WIE sie bewegt wurde, ist von der Geschichte abhängig und geht über den Rahmen der Frage hinaus. Was für die Frage (im Nachhinein) vielleicht relevant ist, ist jedoch, dass es für sie keine Motivation gibt, subtile Unterschiede als Ergebnis ihrer Anwesenheit auf dem Mond und auf der Erde zu interpretieren. Es müssen sehr auffällige Unterschiede sein, die auf nichts anderes zurückgeführt werden können, damit sie sich ihrer bewusst wird.
DRITTE KLÄRENDE BEARBEITUNG
Obwohl dies auch von der Handlung abhängt und Teil der Handlung ist (dh normalerweise nicht relevant), sollte ich klarstellen, dass diejenigen, die sie zum Mond gebracht haben, definitiv nicht wollen, dass sie weiß, dass sie auf dem Mond ist. Das war der Zweck, sie dazu zu bringen, 'schwarz zu werden'. Dies ist jedoch nicht unbedingt relevant für eine Antwort. Es ist der „neutral lebhafte“ Teil, der der handlungsunabhängige, handlungsunabhängige Faktor ist, nicht irgendetwas anderes, das passieren kann oder auch nicht. Mir geht es nicht um eine Antwort, die durch die Handlung „erfunden“ werden kann. Ich bin auf der Suche nach einer Antwort, die unabhängig von jeder Handlung stehen kann.
VIERTE KLARSTELLENDE BEARBEITUNG
Ich habe diesen Artikel als potenzielle Ressource gefunden . Es handelt sich um eine Studie über neutrale Auftriebstanks und Virtual-Reality-Headsets, um das „echte Ding“ zu simulieren. Die Forschung wurde von der NASA finanziert/gesponsert.
Es gibt viele Vorteile einer Ausbildung bei der NBL. Beispielsweise gewöhnen sich Astronauten daran, in den sperrigen Raumanzügen eingesperrt zu sein. Vielleicht noch wichtiger ist, dass sie das Gefühl haben, zu schweben, wie sie es in der Schwerelosigkeit tun würden. Dies wird erreicht, indem ein neutraler Auftrieb aufrechterhalten wird, was bedeutet, dass die Astronauten nicht an die Oberfläche schwimmen oder auf den Boden sinken. Neutraler Auftrieb ist ein gutes Analogon für die Schwerelosigkeit, da übliche sensorische Hinweise zur Körperorientierung uninformativ gemacht werden. Dazu gehören somatosensorische Hinweise, die Aufschluss über den Druck auf die Haut geben, sowie propriozeptive Hinweise, die Aufschluss über Gelenkartikulation und Muskelspannung geben. Beide Arten von Hinweisen geben normalerweise Auskunft darüber, wie das Körpergewicht getragen wird. Unter Wasser, Nur vestibuläre Hinweise vom Innenohr bleiben übrig, um zuverlässige, nicht sichtbare Informationen über die Richtung der Schwerkraft zu liefern. In dieser veränderten sensorischen Umgebung sammeln Astronauten nicht nur wertvolle Erfahrungen beim Manövrieren in den Raumanzügen, sondern üben auch neuartige Fortbewegungsmethoden.
Der Astronaut würde es sofort wissen.
Die Auftriebskraft kann ausgedrückt werden als , Wo ist die Dichte von Wasser (etwa 1000 kg/ ) würde sich diese Menge auf dem Mond nicht ändern. V ist das Volumen der Astronautin, wie die Dichte, ihr Volumen würde sich nicht ändern, wenn sie einfach zum Mond transportiert würde. Da die Gravitationsbeschleunigung auf dem Mond etwa 1/6 der Erdbeschleunigung beträgt, würde die Auftriebskraft, die sie erfahren würde, etwa ein Sechstel der Auftriebskraft betragen, die sie zuvor erfahren hat.
Die totale Kraft, die sie im Pool erfährt, ist
= Milligramm - = [m - ] G
Die sich aufgrund des Faktors der Erdbeschleunigung "g" auch um den Faktor 1/6 von der Erde unterscheidet. Dies entspräche einer sehr merklichen Änderung der Erdbeschleunigung bei der Bewegung im Wasserbecken. Alles würde viel langsamer sinken und das Auftauchen würde viel einfacher werden.
(BEARBEITEN: Zusätzliche Klarstellung)
Nachdem ich die Kommentare sowohl zum OP als auch zu meinem Beitrag gelesen habe, scheint es, dass hier einige häufige Missverständnisse angewendet werden, daher möchte ich sie hier ansprechen.
[Neutraler Auftrieb]
Die einfache Gleichung, die ich oben gezeigt habe, ist sowohl physikalisch als auch mathematisch im Fall von neutralem Auftrieb gültig, was einfach wann ist . Es gibt keinen "Teile-durch-Null-Fehler". Dies ist eine einfache Beziehung, die besagt, dass die äußere Nettokraft auf einen Körper Null ist und der Körper (der Astronaut) daher keine Beschleunigung erfährt. Natürlich wird im Fall eines permanenten neutralen Auftriebs (wie in den OPs-Bearbeitungen gefordert) der Unterschied aufgrund der Schwerkraft nicht kinematisch streng für die Bewegung im Wasser beobachtet. Wenn es keine Objekte gibt, die sich bewegen können, und der Astronaut nicht auftauchen kann, wird es viel schwieriger, die Auswirkungen der Schwerkraft zu beobachten.
Neutraler Auftrieb bedeutet jedoch nicht , dass die Auftriebskraft null ist, sondern dass die Auftriebskraft genau gleich der Schwerkraft ist. Es bedeutet auch nicht, dass keine Kräfte auf den Astronauten wirken, sondern dass die Summe der Kräfte Null ist (mehr dazu weiter unten).
[Neutraler Auftrieb als Simulation einer Zero-G- oder Low-G-Umgebung]
Wie im beigefügten Artikelauszug im OP angegeben, kann neutraler Auftrieb ein wichtiges Werkzeug sein, um bestimmte Aspekte von Umgebungen mit niedrigem g/null g nachzuahmen. Es muss aber natürlich im Kontext verstanden werden. Zum Beispiel heißt es in dem Artikel (mein eigener ist fett gedruckt):
... Neutraler Auftrieb ist ein gutes Analogon für die Schwerelosigkeit, da übliche sensorische Hinweise auf die Körperorientierung uninformativ gemacht werden. Dazu gehören somatosensorische Hinweise, die Aufschluss über den Druck auf die Haut geben, sowie propriozeptive Hinweise, die Aufschluss über Gelenkartikulation und Muskelspannung geben. Beide Arten von Hinweisen geben normalerweise Auskunft darüber, wie das Gewicht des Körpers getragen wird ...
Um darauf aufmerksam zu machen, was der Artikel nicht sagt, bedeutet neutraler Auftrieb nicht, dass Sie Ihr eigenes Gewicht nicht spüren.
Im OP, in den Änderungen, heißt es:
Sie schwimmt und geht nicht unter. Die Idee ist, dass sie, während sie im Wasser ist, im Wesentlichen Schwerelosigkeit erfährt
Das ist nicht ganz richtig, Sie erleben tatsächlich innere Kräfte, die Ihr eigenes Gewicht tragen, denn Ihr Körper muss seine Struktur gegen die Kraft des Wassers stützen, die Sie gegen die Beschleunigung durch die Schwerkraft abstützt. Da Wasser diese Kraft über Ihren Körper verteilt, haben Sie natürlich weniger Gefühl dafür, in welche Richtung die Schwerkraft wirkt, wie es der Artikelauszug angibt. Da der Astronaut jedoch (selbst in neutralem Auftrieb) immer noch 1/6 der Gesamtkraft wie auf der Erde spürt, würde dieser scheinbar plötzliche Unterschied bemerkt werden. EDL leistet hervorragende Arbeit bei der Diskussion, wie sich dieser Gewichtsunterschied auf die Gleichgewichtswahrnehmung auswirken würde.
Auf der Erde hilft ihr Innenohr dabei, ihr Gleichgewicht zu spüren, da es sich teilweise an der Schwerkraft ausrichtet.
Aber in einer deutlich anderen Gravitation, einer, in der sich die Menschheit nicht entwickelt hat, wird dieser Sinn deutlich verändert sein. Ich nehme an, wenn sie vollkommen still stehen würde, würde sie dieses vertraute Gefühl der Vertikalität spüren, das wir auf der Erde bekommen, da es die fließende Bewegung um und durch die Haarfollikel wie „Sensoren“ unseres Innenohrs ist. Aber wenn sie sich bewegte, bedeutet die geringere Schwerkraft, dass die Flüssigkeit freier herumschwappen und weniger starke Reize erzeugen kann und länger braucht, um ihre Energie abzubauen und zur Ruhe zurückzukehren. Das wäre eine sehr auffällige Empfindung und würde sich desorientierend anfühlen.
Astronauten auf der Internationalen Raumstation - Null g - erleben diesen Effekt, über den in diesem Artikel der NASA berichtet wird .
Und ja, für alle mittleren Kinder da draußen, dies berichtet über Null-g, nicht über niedriges g. Wir waren schon lange nicht mehr auf dem Mond, also gibt es nicht viel Forschung zu diesem Thema, also ist dies ein Fall von Argumentation durch Erweiterung. Aber es wird durch einige noch offene Forschungsfragen in diesen Zeitschriftenartikeln gestützt
Ebenso würde sich das Gewicht Ihres Gesichts und Ihrer Finger bei niedrigem g anders anfühlen als bei 1 g. Sie können die Schwerkraft spüren, wenn Sie Ihre Gesichtsmuskeln lockern oder Ihre Finger oder Handgelenke lockern. Die natürliche Spannung von Bändern, Sehnen und Muskelgewebe findet einen neuen Gleichgewichtspunkt gegen den Zug von 1/6 g und das wird sich anders anfühlen – eine andere Position – als in einem 1-g-Feld.
Ein weiterer Gedanke ist, sich vorzustellen, wie sich Wasser bei geringer Schwerkraft verhält, da die Oberflächenspannung beginnen kann, seine Form zu dominieren, anstatt die Schwerkraft. NB: Ich kann keine Informationen zur Oberflächenspannung der Endolymphe finden, daher handelt es sich um einen spekulativen Vorschlag
Das Becken ist oben bei Erdumgebungsdruck zur Luft offen, obwohl dort keine Kopffreiheit vorhanden ist, um das Verlassen des Beckens anders als über die Luke zu ermöglichen.
Sobald sie nach oben schaut, scheint es, als wäre etwas nicht in Ordnung – weil die Oberfläche des Pools höhere und langsamere Wellen haben wird, als sie es unter Wasser gewohnt ist. Wie hier dargelegt , hängt die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit von der Wellenperiode ab, und eine geringere Schwerkraft verleiht den Wellen eine längere Periode, wodurch sie verlangsamt werden.
Das liegt daran, dass Wellen von der Schwerkraft beeinflusst werden; Je geringer die Schwerkraft, desto höher kann eine bestimmte Menge an kinetischer Energie (Wasserbewegung) die Oberfläche anheben, und desto langsamer kommt das angehobene Wasser wieder nach unten. Ob sie den Unterschied in der Schwerkraft spüren kann oder nicht (möglich, aber ich bin mir dessen in einer neutralen Auftriebskonfiguration wie dieser nicht sicher, besonders wenn sie eine Weile im Pool war), der Unterschied wird sehr gut sichtbar sein solange das Wasser hat eine Oberfläche, die für den Auszubildenden sichtbar ist.
Jede Bewegung, die der Auszubildende (oder Taucher) macht, erzeugt Wellen und Kräuselungen auf der Wasseroberfläche. Auch wenn es nicht bewusst bemerkt wird, wird die (für den Auszubildenden) plötzliche Veränderung im Charakter der Wellen, ihrer Schatten und Brechung sofort als "etwas verändert" wahrgenommen. Sicherheitsgefühl (das den Piloten beigebracht wird, lange bevor sie Astronauten-Auszubildende werden) führt dann zu einer sorgfältigen Überprüfung, wahrscheinlich auch zu Gesprächen mit der "Mission Control".
Der Astronaut sollte sofort Verdacht schöpfen, dass etwas passiert ist.
Wenn sie zu schnell zum Mond transportiert wird, wird sie sofort feststellen, dass der Druck auf ihren Körper durch die Schwerkraft erheblich anders ist. Wenn sie jedoch nicht sofort teleportiert wird, hat sie bereits einige der Nebenwirkungen der geringen Schwerkraft – https://www.businessinsider.com/how-body-changes-outer-space-2015-10#9-it-messes -mit-den-sinnen-9 . Wenn sie aufwacht, wird sie wahrscheinlich eine verstopfte Nase haben, was im Widerspruch zu der Vorstellung steht, dass nur wenige Sekunden vergangen sind. Außerdem erwähnt Nr. 8 in der obigen Liste, dass das vestibuläre System einer Person von Änderungen der Schwerkraft beeinflusst wird.
Zusammengenommen würden sich die Auswirkungen der unerwartet niedrigen Schwerkraft wahrscheinlich wie Schwindel anfühlen. Ihre ersten Gedanken würden sich wahrscheinlich auf einen Blackout beziehen, und eine logische Schlussfolgerung wäre, dass sie möglicherweise eine Art gesundheitlichen Notfall hat. Wenn sie in Panik gerät und ihr Herz rast, fließt mehr Blut in ihren Kopf, als sie es gewohnt ist. Auch dies könnte als Gesundheitsnotfall fehlinterpretiert werden.
Der entscheidende Punkt ist, dass es keine wirkliche Möglichkeit gibt, sie dazu zu bringen, zu glauben, dass nichts passiert ist. Wie lange sie wegen ihrer Gesundheit in Panik gerät oder nach anderen Erklärungen sucht, wird stark von ihrer Persönlichkeit abhängen.
Beachten Sie auch, dass alle signifikanten Änderungen der Dichte des Wassers aufgrund der Trägheit bemerkbar sind. Wenn Sie das Wasser doppelt so dicht machen müssen, müssen Sie auch die Astronautin und ihren Anzug doppelt so dicht machen, und all diese zusätzliche Masse muss ihrem Anzug hinzugefügt werden. Dies wird zu einer erheblichen Veränderung ihrer Bewegungsbeschwerden führen, obwohl dies wiederum auf eine Muskelschwäche aufgrund eines gesundheitlichen Notfalls zurückzuführen sein könnte.
Nachdem die Astronautin ruhig genug ist, um die Dinge sorgfältig zu überdenken, kann sie unter anderem mit verschiedenen Objekten im Pool experimentieren. Pools mit neutralem Auftrieb werden oft zur Vorbereitung auf Weltraumspaziergänge verwendet, daher haben sie Modelle der Außenseite des Shuttles oder der Raumstation, an denen sie arbeiten können. Sie mag neutral heiter sein, aber alles, was sie tun muss, ist ein Objekt zu finden, das es nicht ist. Sobald sie dieses Objekt gefunden hat, kann sie es ein wenig herumschwingen, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie viel Masse es hat, und es dann fallen lassen, um zu sehen, ob es sich wie erwartet verhält. Wenn sie sieht, dass es deutlich langsamer als erwartet fällt, kann sie bestätigen, dass sie irgendwie nicht mehr die normale Erdanziehungskraft erfährt.
Es wird ihr ziemlich schwer fallen, genau zu bestimmen, wo sie sich befindet. Mit den dichtesten Objekten, die sie finden kann, kann sie ungefähr abschätzen, wie stark die Schwerkraft ist (dh es dauert etwa 6x so lange, bis ein schweres Objekt auf den Boden trifft, was bedeutet, dass die Schwerkraft etwa 1/6 des Normalwerts beträgt). Ich kann mir jedoch nur einen Weg vorstellen, um den Unterschied zwischen dem Aufenthalt auf dem Mond und dem Aufenthalt in einem Raumschiff zu erkennen, das mit 1/6 g beschleunigt - es sei denn, sie wurde von Außerirdischen entführt, das Raumschiff hat eine begrenzte Menge Treibstoff und wird dies auch irgendwann tun aufhören zu beschleunigen.
Es gibt einen Sinn namens Propriozeption, der Ihnen sagt, wo sich Ihr Körper relativ zu sich selbst befindet. An der Bildung dieses Sinnes sind mehrere sensorische Detektoren beteiligt, von denen einer per Definition völlig unbeeinflusst von äußeren Kräften wäre!
Eine normal funktionierende Propriozeption trägt zum Gleichgewicht bei, indem sie durch somatosensorische Signale von Muskel-Sehnen- Rezeptoren im Nacken und in den Gelenken ein kinästhetisches Feedback über das Ausmaß der Kopf- und Gliedmaßenbewegungen liefert .
Golgi-Sehnenorgane – empfindlich auf Dehnung der Sehne aufgrund von Muskelkontraktion und bewirkt, dass sich der Muskel entspannt.
Muskelspindel – reagiert auf aktive oder passive Dehnung. sowie die Geschwindigkeit (phasisch) und Länge (tonisch) der Dehnung.
Wenn die Position, in der sie aufwacht, sich auch nur um Millimeter von der Position unterscheidet, in der sie bewusstlos geschlagen wird, wird sie es bemerken. Wenn ein Auto anhält, gibt es den kleinsten kleinen Ruck, egal wie langsam Sie abbremsen. Meine Vermutung ist, dass die Veränderung der Propriozeption ähnlich interpretiert würde.
PS Das ist eine ziemlich nette Prämisse für eine Geschichte. Es ist schwer, sich einen Fall mit weniger verfügbaren Beweisen vorzustellen.
Vergiss das Wasser für einen Moment. Sie trägt einen Druckanzug . Draußen könnte Guacamole oder Hartvakuum sein, aber drinnen ruht sie auf dem Futter des Anzugs. Wenn der Anzug tatsächlich aufgeblasen ist- wenn es wie eine Blase ist, in der sie herumrasseln könnte - dann können Sie sich vorstellen, dass sie unten ist und die Schwerkraft der Erde oder des Mondes spürt, und wenn sie sie umdreht, würde sie mit der Erd- oder Mondbeschleunigung auf die andere Seite fallen von der Anzug. Nun, um sicher zu sein, der Anzug kann clever konstruiert werden, so dass ihr Körper von allen Seiten unter Druck steht und es keine zu prüfenden Hohlräume gibt und der Druck größer ist als der Druck der Schwerkraft. Aber es ist schwer vorstellbar, das so perfekt zu machen, dass es keinen Hinweis darauf gibt. Sie müssen sich darauf verlassen, dass Bewusstlosigkeit und Orientierungslosigkeit beim Höhlentauchen dazu führen, dass eine Person an ihren eigenen Sinnen zweifelt.
Wenn man im Tank zehn Meter nach unten geht, sollte sich der Druck auf den Anzug verdoppeln. Wenn es nicht unter Druck gesetzt wäre, würde sie einen enormen Druck in ihren Ohren spüren und sich auf der Erde häufig anpassen müssen. (Sechsmal weniger auf dem Mond) Da der Anzug unter Druck steht, wird das nicht passieren - die Spannung am Anzug ändert sich jedoch, weil er unter mehr Druckunterschied steht, wenn sie höher im Tank ist. Wenn sie damit Erfahrung hat und ihr die Art von gründlicher Aufmerksamkeit schenkt, die Sie von einem ausgebildeten Taucher und Astronauten im Training erwarten würden, würden Sie denken, dass sie es kaum übersehen könnte. Je höher der Druck im Anzug ist, desto geringer wird dieser Effekt - der obige Effekt sollte dann aber deutlich größer sein.
L.Niederländisch