0G - De zingende gravitatiedetector

[wimme.net]

Eerst even voorstellen: ik (en mijn team natuurlijk) hebben meegedaan aan een wedstrijd, waarbij we geselecteerd zijn om een proef uit te voeren in gewichtloze toestand. Dit vindt plaats in een speciaal uigerust vliegtuig, de A300 Zero G.

Het experiment dat we willen vervaardigen is 'De zingende gravitatiedetector'. Laat me het idee uitleggen:

De proef bestaat uit een soort wijnglas die we zeer snel laten ronddraaien. De vloeistof die zich erin bevindt zal hierdoor naar buiten geslingerd worden. Door de aanwezigheid van de gravitatiekracht neemt het vloeistofoppervlak de vorm aan van een paraboloïde en kruipt dus ook omhoog tegen de wanden. Een veranderende aardversnelling, dus gravitatiekracht, zal deze vorm en hoogte beïnvloeden wat visueel vastgelegd kan worden. Daarom denken we gebruik te maken van een soort wijnglas, omdat vanboven het glas versmald, wat ervoor kan zorgen dat de vloeistof er niet gemakkelijk uit vliegt. Als je een visbokaal in je auto zet, zal je wel vlug zien wat ik bedoel: het water kotst er gewoon uit. We zullen dus nog een soort dempingssysteem moeten zoeken om dit te voorkomen, en hoe we het wijnglas zullen aandrijven (best met een toerental regeling).

Maar dit is nog niet alles: de variërende aardversnelling zou ook hoorbaar gemaakt moeten worden. Dit kan op hetzelfde principe zoals je een wijnglas laat "zingen" door erover te wrijven met een natte vinger. Een wrijvingsstukje bovenaan de rand van het draaiende glas moet hiervoor kunnen zorgen. Een verschillend vloeistofniveau zorgt voor een andere geluidsfrequentie door de veranderende vloeistofdemping. Doordat het glas ook moet kunnen zingen, kunnen we niet elk glas nemen: het ene glas zingt beter dan het andere.

Dit is nog maar een principiële bechrijving. De realisatie ervan zal nog heel wat problemen met zich meebrengen. Ook moeten we ons houden aan heel wat veiligheidsrichtlijnen, anders mag ons experiment het vliegtuig niet op!

Momenteel hebben we echter nood aan gezond verstand van mensen uit verschillende disciplines die ons kunnen helpen met voorkomen van allerhande problemen. Als je dus suggesties of opmerkingen hebt over ons idee, of hoe we een bepaald iets het best kunnen uitvoeren... dan hoor ik het wel!

Nog enkele links:

• Onze eigen website, waar je ons op de voet kan volgen.
• De wedstrijd op eurospace.be
• Novespace: de eigenaar van de Airbus A300 Zero G, met de handleidingen.
• ESA Student Parabolic Flight Campaign

[Verwijderd]

wimme.net schreef op maandag 20 februari 2006 @ 21:14:
Eerst even voorstellen: ik (en mijn team natuurlijk) hebben meegedaan aan een wedstrijd, waarbij we geselecteerd zijn om een proef uit te voeren in gewichtloze toestand. Dit vindt plaats in een speciaal uigerust vliegtuig, de A300 Zero G.

Het experiment dat we willen vervaardigen is 'De zingende gravitatiedetector'. Laat me het idee uitleggen:

De proef bestaat uit een soort wijnglas die we zeer snel laten ronddraaien. De vloeistof die zich erin bevindt zal hierdoor naar buiten geslingerd worden. Door de aanwezigheid van de gravitatiekracht neemt het vloeistofoppervlak de vorm aan van een paraboloïde en kruipt dus ook omhoog tegen de wanden.

. . .

Momenteel hebben we echter nood aan gezond verstand van mensen uit verschillende disciplines die ons kunnen helpen met voorkomen van allerhande problemen. Als je dus suggesties of opmerkingen hebt over ons idee, of hoe we een bepaald iets het best kunnen uitvoeren... dan hoor ik het wel!

Ik werd groen van jaloersheid toen ik dit las. Ik zou graag met zo'n vlucht meegaan!

Je idee is zeer interessant. Maar als je eenmaal in zero gravity zit zal de vloeistof in het glas nagenoeg allemaal uit het wijnglas stromen. Zonder de kracht op de vloeistof axiaal op de rotatie zal de vloeistof alleen in het kleine "bolle" gedeelte van het wijnglas blijven zitten en de rest er uit stromen.

Ik raad je aan te denken aan een extra bol glas zodat de hoeveelheid vloeistof waarmee je begint niet over de rand van de opening kan vloeien maar toch een relatief grotere massa naar de rand kan laten kruipen. . .bijvoorbeeld een glazen spherishe bol met aan 1 kant een gat er in.

De vraag is dan of zo'n bol met een opening kan "zingen".

Beste wensen voor je project!
Ik hoop dat jullie niet gaan kotsen in dat vliegtuig

[ Voor 29% gewijzigd door Verwijderd op 21-02-2006 03:02 ]

[Verwijderd]

wimme.net schreef op maandag 20 februari 2006 @ 21:14:
... Als je een visbokaal in je auto zet, zal je wel vlug zien wat ik bedoel: het water kotst er gewoon uit. We zullen dus nog een soort dempingssysteem moeten zoeken om dit te voorkomen, en hoe we het wijnglas zullen aandrijven (best met een toerental regeling).

In principe kan je het glas door zijn draaiing al enigszins stabilizeren, hiervoor is het zinvol om dus het draaiende deel van je opstelling een groot traagheids moment te geven. Dit helpt uiteraard niet tegen alle soorten schoken, maar helpt wel. (plus het helpt je toerental stabiel te houden).

Verder zal je moeten zorgen dat je opstelling horizontaal blijft tov van de zwaartekracht in een vliegtuig dat een parabool beschrijft. Dit betekent dus dat je opstelling zal moeten kunnen draaien tov van de vloer van het vliegtuig.

[WillemJanJansen]

Maar dit is nog niet alles: de variërende aardversnelling zou ook hoorbaar gemaakt moeten worden. Dit kan op hetzelfde principe zoals je een wijnglas laat "zingen" door erover te wrijven met een natte vinger. Een wrijvingsstukje bovenaan de rand van het draaiende glas moet hiervoor kunnen zorgen. Een verschillend vloeistofniveau zorgt voor een andere geluidsfrequentie door de veranderende vloeistofdemping. Doordat het glas ook moet kunnen zingen, kunnen we niet elk glas nemen: het ene glas zingt beter dan het andere.

Jij en je team hebben zeker naar Jack Spijkerman gekeken, daar was namelijk een kerel die 4 ronddraaiende glazen als instrument gebruikte. Hij gebruikte een wasmachine motor en liet de platformpjes waar de glazen op stonden elkaar aandrijven. Zodat ieder glas in tegengestelde richting draaide tov het glas er naast. Ik vond het overigens voor geen meter klinken. Het was dat ze er een piano naast gebruikte die nog een beetje goede noten uitkraamde...

Ik heb die gewichtsloosheid een keer gezien op discovery, het vliegtuig gaat wel schuin dus dat is idd iets om rekening mee te houden.

Misschien iets dat aan een as hangt met een gewicht er onder, zodat het altijd recht blijft...

Zoiets dus:


Of wacht, er is natuurlijk geen zwaartekracht , dan maar iets anders verzinnen..

[ Voor 22% gewijzigd door WillemJanJansen op 21-02-2006 12:39 ]

[Verwijderd]

WillemJanJansen schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 12:29:
[...]

Ik heb die gewichtsloosheid een keer gezien op discovery, het vliegtuig gaat wel schuin dus dat is idd iets om rekening mee te houden.

Misschien iets dat aan een as hangt met een gewicht er onder, zodat het altijd recht blijft...

Zoiets dus:
[afbeelding]

Of wacht, er is natuurlijk geen zwaartekracht , dan maar iets anders verzinnen..

Uiteraard!

Ze kunnen een 3D-stabiel platform (ref. inertial navigation) gebruiken, aangedreven door gyroscopen. . .een beetje duur wel, ja. . .maar ze zouden er misschien eentje van het Ruimtevaart Centrum kunnen lenen? Misschien een afdankertje uit een vliegtuig?

Naast nodige stabiliteit in de draairichting nog dit: naar mijn mening zouden ze moeten zoeken naar een gesloten vloeistof container welke gevoelig is voor trillingen om het zaakje aan het "zingen" te zetten. Een open vaatje voldiet niet (i.v.m. morsen/verdampen etc.). Misshien een gesloten bol die trilt in 3D zodat de diameter varieert van bol-elipsoid1-bol-ellipsoid2-bol. . .etc. De trilling zou elektro-mechanisch veroorzaakt kunnen worden in de draairichting. Als de vloeistof massa omhoog kruipt en zich op de diameter van de bol concentreert (vanwege vermindering netto gravitatie) zal dat een sterke demping veroorzaken voor de diametrische trilling. Er ontstaat dus op een bepaald punt een resonantietrilling. . .daar waar de eigen frekwenties van het glas en de vloeistofmassa gelijk zijn c.q. een maximaal effect geven. De variatie zou een meting kunnen zijn van de netto gravitatiekracht.

De moeilijkheid zou o.a. zijn het kalibreren van een dergelijk systeem: je kan het niet van te voren even testen maar louter vanuit een theoretisch model de relatie tussen gravitatie en systeem-response moeten bepalen. Deze belemmering zou je uberhaupt ook hebben met open wijnglazen. . .een belemmering in een goede vergelijking met de uitvoering van echte ruimtevaart.

Ik neem aan dat het experiment bedoeld is om vanuit een echte gravitatie-meting te kunnen bepalen hoe sterk de locate netto gravitatiekracht is. Om alleen aan te tonen dat de frekwentie verandert is niet genoeg. Het zou een onderdeel van het experiment moeten zijn dat de nauwkeurigheid van de meting binnen vastgestelde grenzen moet vallen.

[Verwijderd]

Of wacht, er is natuurlijk geen zwaartekracht , dan maar iets anders verzinnen..

Das niet helemaal waar, waar je ook bent je zal altijd ondergevig zijn aan de zwaarte kracht. Das omdat de aarde hier ook nog is. Waar massa is, is aantrekking. Infeite gaan we alleen maar vallen, daardoor zijn we in vrije val. We vallen even snel t.o.v. de kooi rond ons.

Keep up the good work. Hoe meer tips, hints, info, ervaring, websites, adressen,... hoe beter!

Greetz.
ZeroG Team member

[WillemJanJansen]

Verwijderd schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 21:12:
[...]

Das niet helemaal waar, waar je ook bent je zal altijd ondergevig zijn aan de zwaarte kracht. Das omdat de aarde hier ook nog is. Waar massa is, is aantrekking. Infeite gaan we alleen maar vallen, daardoor zijn we in vrije val. We vallen even snel t.o.v. de kooi rond ons.

Keep up the good work. Hoe meer tips, hints, info, ervaring, websites, adressen,... hoe beter!

Greetz.
ZeroG Team member

Ja ok, maar je begrijpt wat ik bedoel, het gewicht valt even hard als de rest, waardoor gewichtsloosheid gesimuleerd wordt. Dus aan een gewicht heb je vrij weinig..

Al denk ik wel dat wanneer je in dat vliegtuig zit en je wordt gewichtsloos, dat je dan eigenlijk geen proef wilt doen maar gewoon genieten van de gesimuleerde gewichtsloosheid. Als je toch al in het vliegtuig zit kunnen ze je er toch niet meer uitkicken .

[Dentheman]

WillemJanJansen schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 12:29:
Of wacht, er is natuurlijk geen zwaartekracht , dan maar iets anders verzinnen..

Wedden dat die er wel is?

_{omg anders lees ik ff verder dan m'n neus lang is} Spuit elf

[ Voor 16% gewijzigd door Dentheman op 21-02-2006 21:46 ]

[Verwijderd]

Verwijderd schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 21:12:
[...]

Das niet helemaal waar, waar je ook bent je zal altijd ondergevig zijn aan de zwaarte kracht. Das omdat de aarde hier ook nog is. Waar massa is, is aantrekking. Infeite gaan we alleen maar vallen, daardoor zijn we in vrije val. We vallen even snel t.o.v. de kooi rond ons.

Keep up the good work. Hoe meer tips, hints, info, ervaring, websites, adressen,... hoe beter!

Greetz.
ZeroG Team member

vrijvallen <=> geen zwaartekracht

Er bestaat natuurkundig geen onderscheid tussen de twee toestanden.

[ Voor 10% gewijzigd door Verwijderd op 21-02-2006 23:21 ]

[wimme.net]

Voor de duidelijkheid: tijdens de gewichtloosheid is de zwaartekracht niet perfect 0g, het is iets hoger.

WillemJanJansen schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 21:43:
Al denk ik wel dat wanneer je in dat vliegtuig zit en je wordt gewichtsloos, dat je dan eigenlijk geen proef wilt doen maar gewoon genieten van de gesimuleerde gewichtsloosheid. Als je toch al in het vliegtuig zit kunnen ze je er toch niet meer uitkicken .

Klopt, maar onze proef is het ding om aan boord te kunnen. Ook verwachten ze een verslag achteraf.

We zullen moeten zoeken naar een glas met een groot bol gedeelte langs onder, en een kleiner gedeelte bovenaan. Probleem is natuurlijk dat het moet kunnen 'zingen'. Indien je zelf zo'n soort glas hebt, wrijf dan eens met een natte vinger vanboven aan het glas en kijk eens (euh luister) of het lukt. Wij kunnen moeilijk de volledige winkel leegroven.

Verwijderd schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 16:03:
Naar mijn mening zouden ze moeten zoeken naar een gesloten vloeistof container welke gevoelig is voor trillingen om het zaakje aan het "zingen" te zetten. Een open vaatje voldiet niet (i.v.m. morsen/verdampen etc.). Misshien een gesloten bol die trilt in 3D zodat de diameter varieert van bol-elipsoid1-bol-ellipsoid2-bol. . .etc. De trilling zou elektro-mechanisch veroorzaakt kunnen worden in de draairichting. Als de vloeistof massa omhoog kruipt en zich op de diameter van de bol concentreert (vanwege vermindering netto gravitatie) zal dat een sterke demping veroorzaken voor de diametrische trilling. Er ontstaat dus op een bepaald punt een resonantietrilling. . .daar waar de eigen frekwenties van het glas en de vloeistofmassa gelijk zijn c.q. een maximaal effect geven. De variatie zou een meting kunnen zijn van de netto gravitatiekracht.

De moeilijkheid zou o.a. zijn het kalibreren van een dergelijk systeem: je kan het niet van te voren even testen maar louter vanuit een theoretisch model de relatie tussen gravitatie en systeem-response moeten bepalen. Deze belemmering zou je uberhaupt ook hebben met open wijnglazen. . .een belemmering in een goede vergelijking met de uitvoering van echte ruimtevaart.

Welke gesloten bol bedoel je dan? Een glazen bol? Maar hoe krijg je daar dan je water in?? Hoe dan ook, iets op zijn resonantie laten trillen lijkt me niet zo eenvoudig. Of niet?

Het grote probleem is natuurlijk heel de boel stabiliseren zodat niet al het water eruit vliegt. Heel de proef moet dus rechtop blijven bij het stijgen/dalen van het vliegtuig en bestemd zijn tegen ongewenste vloeistofschommelingen door bruuske bewegingen van het vliegtuig. Hoe dan ook, we moeten om de veiligheid te garanderen de proef in een dubbele waterdichte doos in lexan (niet brandbaar plexiglas) stoppen.

Verwijderd schreef op dinsdag 21 februari 2006 @ 16:03:
Ze kunnen een 3D-stabiel platform (ref. inertial navigation) gebruiken, aangedreven door gyroscopen. . .een beetje duur wel, ja. . .maar ze zouden er misschien eentje van het Ruimtevaart Centrum kunnen lenen? Misschien een afdankertje uit een vliegtuig?

Is inderdaad een beetje boven ons budget, en we wensen het graag zo eenvoudig mogelijk te houden (hoe zou je zelf zijn... ).

[Verwijderd]

wimme.net schreef op woensdag 22 februari 2006 @ 16:50:


We zullen moeten zoeken naar een glas met een groot bol gedeelte langs onder, en een kleiner gedeelte bovenaan. Probleem is natuurlijk dat het moet kunnen 'zingen'. Indien je zelf zo'n soort glas hebt, wrijf dan eens met een natte vinger vanboven aan het glas en kijk eens (euh luister) of het lukt. Wij kunnen moeilijk de volledige winkel leegroven.

[...]
Welke gesloten bol bedoel je dan? Een glazen bol? Maar hoe krijg je daar dan je water in?? Hoe dan ook, iets op zijn resonantie laten trillen lijkt me niet zo eenvoudig. Of niet?

Om vloeistof in een glazen bol op te sluiten is gemakkelijk. Het grootste probleem is als "zingen" een harde eis is om een geloten bol te laten "zingen". Op zich zal het in het bedoelde experiment ook moeilijk zijn om een wijnglas op een consequente manier te laten "zingen" zodat je het als een meetinstrument kan gebruiken. . een gewone natte vinger methode zou uiteraard niet voldoen. . .je zou het "zingen" op een mechanishe manier moeten veroorzaken zonder dat het van frequentie veranderd als de gravitatiekracht gelijk blijft. Lijkt me ook niet gemakkelijk. Als het om de trilling gaat hoeft het niet perse geluid te produceren. . .het meten van de trilling is dan het hoofddoel.

Het grote probleem is natuurlijk heel de boel stabiliseren zodat niet al het water eruit vliegt. Heel de proef moet dus rechtop blijven bij het stijgen/dalen van het vliegtuig en bestemd zijn tegen ongewenste vloeistofschommelingen door bruuske bewegingen van het vliegtuig. Hoe dan ook, we moeten om de veiligheid te garanderen de proef in een dubbele waterdichte doos in lexan (niet brandbaar plexiglas) stoppen.

Om het experiment ongevoelig voor morsen te maken is het idee van de geloten bol doelmatig: je hoeft dan niet super voorzichtig te zijn met het hanteren van het "apparaat". Met een open systeem en een klein "ongelukje" ligt de vloeistof er uit en is je experiment niet meer uitvoerbaar.

Ik vraag me nog af hoe je het "zingen" gaat transformeren in een bruikbaar variable voor de gravitatiemeting. Over de trilfrequentie van het glas: ik verwacht een zeer niet-liniaire verhouding tussen de uiteindelijke trilfrequentie en de netto lokale gravitatie. Het opkruipen van de vloeistof onder een constante rotatiesnelheid en variable gravitatie kan je niet uitproberen. Je zou in principe van te voren ongeveer willen weten hoe de trifrequentie veranderd vanwege het langzaam wegvallen van de netto gravitatie. . . Hoe ga je dat bepalen?

Ik kan me indenken dat je de vliegtest zou kunnen gebruiken als een kalibratie procedure voor het instrument. De meet-gegevens zouden dan gebruikt kunnen worden voor het uiteindelijke ontwerp van de detector, wat je dan weer de lucht in zou moeten nemen voor een functie-test. Krijgen jullie de mogelijkheid dat te doen?

Als een van jullie ziek wordt stel ik me beschikbaar om mee naar boven te gaan

[ Voor 3% gewijzigd door Verwijderd op 22-02-2006 20:17 ]

[dkrijgsman]

Ik snap het doel van de proef op zich niet. Wel kan ik voor spellen wat er gebeurd:

Doordat het glas ronddraait (aangenomen dat je begint met ronddraaien voordat het vlietuig gaat dalen) en er aan de rond van het glas wrijving is tussen het glas en de vloeistof zal de vloeistof ook gaan draaien. Maar omdat een stof alleen ronddraait als er een kracht op staat (naar het midden van de baan gericht), moet die kracht wel worden geleverd door de rand van het glas. De vloeistof zal dus naar buiten worden gedrukt. Maar door de zwaartekracht die er nu nog wel is, zal het ook naar beneden worden getrokken. De verhouding hiertussen is je paraboloide.

Is er nu geen zwaartekracht, dan zal de vloeistof nog steeds naar buiten worden gedrukt, maar niet meer omlaag. Je vloeistof zal dus langs de zijwanden worden gedrukt (je vloeistof spiegel wordt verticaal ipv horizontaal). Er kan in een normaal wijnglas op deze manier nog maar zeer weinig vloeistof.

[Rey Nemaattori]

Ik dacht dat het zingende geluid gemaakt werd door de wrijving van een schone vinger? Normaal zijn je vingers vettig, door het nat te maken(en het liefst even op je vinger zuigen, of wassen met zeep) glijden je vinger niet maar maken ze een klein sprongetje, een heleboel sprongetjes maken brengen het glas in vervoering en genereert zo geluid.

Dat heeft imho niets te maken met vloeistoffen,hoewel een droge schone vinger ook niet werkt, het water werkt als een glijmiddel oid.

[Verwijderd]

Rey Nemaattori schreef op donderdag 23 februari 2006 @ 01:24:
Ik dacht dat het zingende geluid gemaakt werd door de wrijving van een schone vinger? Normaal zijn je vingers vettig, door het nat te maken(en het liefst even op je vinger zuigen, of wassen met zeep) glijden je vinger niet maar maken ze een klein sprongetje, een heleboel sprongetjes maken brengen het glas in vervoering en genereert zo geluid.

Dat heeft imho niets te maken met vloeistoffen,hoewel een droge schone vinger ook niet werkt, het water werkt als een glijmiddel oid.

De wrijving tussen glas en vinger is inderdaad de oorzaak van het geluid, maar niet de bron. Het gene wat gaat trillen is het glas en het niveau van het water bepaalt welke trillings modi mogelijk zijn

[Verwijderd]

Verwijderd schreef op donderdag 23 februari 2006 @ 09:57:
[...]


De wrijving tussen glas en vinger is inderdaad de oorzaak van het geluid, maar niet de bron. Het gene wat gaat trillen is het glas en het niveau van het water bepaalt welke trillings modi mogelijk zijn

Niet te vergeten dat als een trillend wijnglas stil staat er geen circumferentie-spannig aanwezig is. Als je nu het glas om de verticale as laat draaien onstaan er extra spannigen waardoor (naar mijn mening) de resonantietrilling frequenties zal veranderen. Voor de bedoelde gravitatiedetector van de TS zou dit een interessante factor in het ontwerp zijn. . .niet alleen zal het glas zelf door de rotatie onder spanning komen te staan maar ook zal het opkruipende roterende water extra spanning op het glas uitoefenen. De uitdaging voor de ontwerpers is om in het theoretische ontwerp van de gravitatie-detector alle factoren welke ze niet van te voren kunnen testen (zero gravitatie) mee te nemen en kunnen aantonen dat een aantal factoren een verwaarloosbaar effect zullen hebben.

Het bedoelde instrument ontwerp lijkt me beslist niet een eenvoudig klusje.

[zerok]

Ik heb wel eens een stukje gelezen over een studenten onderzoek over bier tappen in de ruimte. Die gingen ook mee met zo'n vlucht maar ze mochten bijna niet vliegen omdat ze niet konden bewijzen dat hun container water dicht was. Ze waren daar best streng op. Ik heb de regels niet gelezen dus misschien dat het daar wat duidelijk in staat. Maar ga er maar vanuit dat ze geen vloeistoffen door het vliegtuig willen zien vliegen.

Je komt dan uit op een gesloten bol. Bij scheikunde hebben ze zo iets (heet een bolkolf?) met een goede stop erop en het is water dicht.

[Verwijderd]

Nu is mijn natuurkunde kennis niet geweldig, maar zover ik uit de posts boven me kan opmaken gaat het glas dus resoneren door de wrijving veroorzaakt door je vinger. Kun je dan niet een bol met een 'cilinder' maken, waar je je vinger op legt. Schetsje: