Drijfvermogen in vloeibaar (m)ethaan

[Snowwie]

Ergens binnen 10 to 20 jaar wil men een ruimtevaartuig naar de Saturnus maan Titan sturen. Een onderdeel van deze ruimtevaartuig zal een een "splashdown sonde" zijn die zal gaan drijven in één van de grotere (m)ethaan zeeën op Titan.

Zie Wikipedia: Titan Mare Explorer voor een uitgebreide uitleg over deze missie.

Maar kan dit wel? Kan een object zoals hier afgebeeld wel blijven drijven in vloeibaar (m)ethaan?
Methaan = CH4
Ethaan = C2H6
Water = H2O
Als ik Wikipedia bekijk zie ik daar wel allerlei kenmerken staan van deze stoffen, maar ik kan er niet goed uit opmaken welke van de stoffen het zwaarst zijn. Dat wat ik er van kan maken lijkt het alsof water ongeveer 2x zo dicht is als (m)ethaan (correct me if I am wrong). Rijst hier de vraag of een object, zoals de hierboven genoemde sonde, wel of niet kan drijven in dat ijskoude prutje? De sonde heeft namelijk een RTG aan boord om voor elektriciteit te zorgen, maar ook om de sonde warm te houden. Is het dan niet zo dat, als er ook maar een tikkeltje warmte ontsnapt, de sonde dwars door het vloeibaar (m)ethaan heen zakt, direct naar de bodem?

Iemand die wat meer inzicht kan geven over de kenmerken van vloeibaar (m)ethaan en hoe dit zich gedraagt als het net zo groot is als een complete zee?

[Confusion]

Snowwie schreef op zondag 30 mei 2010 @ 20:12:
Dat wat ik er van kan maken lijkt het alsof water ongeveer 2x zo dicht is als (m)ethaan (correct me if I am wrong). Reist hier de vraag of een object, zoals de hierboven genoemde sonde, wel of niet kan drijven in dat ijskoude prutje? De sonde heeft namelijk een RTG aan boord om voor elektriciteit te zorgen, maar ook om de sonde warm te houden. Is het dan niet zo dat, als er ook maar een tikkeltje warmte ontsnapt, de sonde dwars door het vloeibaar (m)ethaan heen zakt, direct naar de bodem?

Nee, er zal alleen rondom de sonde voortdurend methaan verdampen. Dat houdt de sonde meteen koel: precies op de kooktemperatuur van methaan. Een paar 'ontsnappende' joules kunnen niet opeens meters aan methaan onder de sonde doen verdampen.

[Freee!!]

Zolang die sonde een dichtheid heeft van minder dan 0,415^*) blijft die gewoon drijven.

^*)Dichtheid van vloeibaar methaan.

[ Voor 26% gewijzigd door Freee!! op 30-05-2010 20:47 ]

[Mx. Alba]

Freee, dat is de dichtheid van vloeibaar methaan bij ongeveer 100 kPa (1 bar). Ik weet niet wat de atmosferische druk op Titan is, maar dat heeft invloed op zowel de kooktemperatuur als de dichtheid van het methaan...

[Confusion]

Freee!! schreef op zondag 30 mei 2010 @ 20:44:
Zolang die sonde een dichtheid heeft van minder dan 0,415^*) blijft die gewoon drijven.

^*)Dichtheid van vloeibaar methaan.

Dat is iets te makkelijk: de dichtheid van de gemiddelde boot is tenslotte groter dan 1000 kg/m³. De vorm speelt ook nog een rol: de sonde mag niet meer wegen dan het gewicht aan vloeistof dat hij verplaatst. Dat die vloeistof geen water is en dat de temperatuur 161 graden onder nul is maakt daarvoor niet. Hoeveel van die vloeistof het per tijdseenheid doet verdampen wordt relevant als dat meer is dan de vloeistof zelf aan kan vullen, maar een kokend hete boot zinkt ook niet spontaan als er geen gat in zit.

[Sebazzz]

Mx. Alba schreef op zondag 30 mei 2010 @ 21:12:
Freee, dat is de dichtheid van vloeibaar methaan bij ongeveer 100 kPa (1 bar). Ik weet niet wat de atmosferische druk op Titan is, maar dat heeft invloed op zowel de kooktemperatuur als de dichtheid van het methaan...

Ademt wat makkelijker, 146.7 kPa. Ik gok dat de kooktemperatuur bij methaan dan wat hoger ligt.

[ Voor 7% gewijzigd door Sebazzz op 30-05-2010 21:26 ]

[Peregrine]

Mx. Alba schreef op zondag 30 mei 2010 @ 21:12:
Freee, dat is de dichtheid van vloeibaar methaan bij ongeveer 100 kPa (1 bar). Ik weet niet wat de atmosferische druk op Titan is, maar dat heeft invloed op zowel de kooktemperatuur als de dichtheid van het methaan...

De dichtheid van vloeistoffen is onafhankelijk van de druk op die vloeistof, dus ook op Titan zal dit voor methaan 415 kg/m3 zijn. Bij de druk daar van +/- 1,5mbar zal het kookpunt inderdaad wel behoorlijk wat omhoog gaan, maar dat heeft geen invloed op het drijfvermogen.

[Sebazzz]

Peregrine schreef op zondag 30 mei 2010 @ 21:53:
[...]
Bij de druk daar van +/- 1,5mbar zal het kookpunt inderdaad wel behoorlijk wat omhoog gaan, maar dat heeft geen invloed op het drijfvermogen.

Ik snap wel waarom iemand dat zou denken, dat druk op drijfvermogen invloed heeft. Iedereen kan zich bij scheikunde het experiment van het bolletje kalium op water herinneren. Het bolletjes danste rond omdat het water verdampte en een kussentje vormde. Bij een groot temperatuurverschil en een erg lage zwaartekracht zou zoiets ook in het groot kunnen. Maar ik gok dat het apparaat wel voldoende geïsoleerd is

[ Voor 3% gewijzigd door Sebazzz op 30-05-2010 22:02 ]

[Maasluip]

Confusion schreef op zondag 30 mei 2010 @ 21:13:
[...]

Dat is iets te makkelijk: de dichtheid van de gemiddelde boot is tenslotte groter dan 1000 kg/m³.

Van het materiaal in de boot wel, maar niet als je de complete inhoud van de boot meerekent.

[Snowwie]

Ik kan ook nergens op YouTube een video van een experiment vinden waarin men probeert iets te laten drijven in vloeibaar (m)ethaan. Jammer.

[Sebazzz]

Snowwie schreef op maandag 31 mei 2010 @ 23:00:
Ik kan ook nergens op YouTube een video van een experiment vinden waarin men probeert iets te laten drijven in vloeibaar (m)ethaan. Jammer.

Vind je het heel gek?

[Snowwie]

Het lijkt me toch niet onmogelijk om een kleine omgeving zo koud te maken dat het aanwezige (m)ethaan vloeibaar blijft. Dit soort onderzoeken zullen toch wel gedaan moeten worden voordat men daadwerkelijk een sonde wil droppen in een zee van dit spul.

Overigens wel een beetje fascinerend, hoe zou zo'n zee er uit zien als je op het strand zou staan?
En met een atmosfeer 1,5x zo dicht als dat van de aarde en maar 1/7 van de zwaartekracht zou je met gemak op eigen kracht kunnen vliegen.

[Confusion]

Maasluip schreef op maandag 31 mei 2010 @ 08:03:
Van het materiaal in de boot wel, maar niet als je de complete inhoud van de boot meerekent.

Maar ook zo werkt het ook niet helemaal, want het deel van een boot dat boven water uitsteekt zou je er af kunnen zagen, waardoor de gemiddelde dichtheid van het restant fors toeneemt. Uiteindelijk zit het gemiddelde van wat net kan drijven natuurlijk op de 1000 kg/m³, maar dat is iets dat je sowieso al weet, omdat het ding drijft. Als de vraag is: hoe krijg ik het voor elkaar iets te laten drijven, dan is de vraag hoe je het voor elkaar krijgt die gemiddelde dichtheid te bereiken.

[Peregrine]

Snowwie schreef op maandag 31 mei 2010 @ 23:31:
En met een atmosfeer 1,5x zo dicht als dat van de aarde ...

146,7 kPa = 146,7 *10^-5 bar = 0,001467 bar = 1,467 MILLI bar

da's dus ongeveer 700x minder dicht als op aarde...

Brengt me gelijk bij een foutje in mijn vorige eigen post, waarin ik beweer dat een lagere druk een hoger kookpunt als gevolg heeft... wat natuurlijk onzin is... Dit geeft juist een lager kookpunt.

[Confusion]

Peregrine schreef op dinsdag 01 juni 2010 @ 10:31:
[...]


146,7 kPa = 146,7 *10^-5 bar = 0,001467 bar = 1,467 MILLI bar

da's dus ongeveer 700x minder dicht als op aarde...

Je ziet een 'k' over het hoofd.

[boner]

Confusion schreef op zondag 30 mei 2010 @ 21:13:
[...]

Dat is iets te makkelijk: de dichtheid van de gemiddelde boot is tenslotte groter dan 1000 kg/m³. De vorm speelt ook nog een rol: de sonde mag niet meer wegen dan het gewicht aan vloeistof dat hij verplaatst. Dat die vloeistof geen water is en dat de temperatuur 161 graden onder nul is maakt daarvoor niet. Hoeveel van die vloeistof het per tijdseenheid doet verdampen wordt relevant als dat meer is dan de vloeistof zelf aan kan vullen, maar een kokend hete boot zinkt ook niet spontaan als er geen gat in zit.

je maakt een denkfout. Een boot is opgebouwd uit materialen die op zich een hogere dichtheid hebben dan water. Echter is een boot voornamelijk hol. Hierdoor is de totale dichtheid van een boot veel lager dan water. Vorm kan niet de wet van archimedes veranderen.

[Confusion]

boner schreef op maandag 07 juni 2010 @ 07:51:
je maakt een denkfout. Een boot is opgebouwd uit materialen die op zich een hogere dichtheid hebben dan water. Echter is een boot voornamelijk hol. Hierdoor is de totale dichtheid van een boot veel lager dan water. Vorm kan niet de wet van archimedes veranderen.

Het stuk achter de dubbele punt in de tweede zin van het stuk dat je citeert is zo ongeveer de wet van Archimedes . Mijn punt was dat het heel raar is om te zeggen dat iets een dichtheid kleiner dan water heeft, als het voor de helft uit staal en voor de helft uit 'open ruimte' bestaat. Welke hoeveelheid 'open ruimte' mag je meerekenen en onder welke omstandigheden? Op zijn kop drijft een boot meestal niet zo lekker, maar als je hem net hebt omgekeerd is zijn gemiddelde dichtheid nog precies gelijk aan de dichtheid voor de omkering.

Wat relevant is, is het totale gewicht van de boot en de vraag of het een vorm heeft waarmee het dat gewicht aan vloeistof kan verplaatsen voordat de vloeistof de boot binnendringt. De gemiddelde dichtheid is vaak een verwarrende maat.

[deepbass909]

Confusion schreef op maandag 07 juni 2010 @ 08:04:
[...]

Het stuk achter de dubbele punt in de tweede zin van het stuk dat je citeert is zo ongeveer de wet van Archimedes . Mijn punt was dat het heel raar is om te zeggen dat iets een dichtheid kleiner dan water heeft, als het voor de helft uit staal en voor de helft uit 'open ruimte' bestaat. Welke hoeveelheid 'open ruimte' mag je meerekenen en onder welke omstandigheden? Op zijn kop drijft een boot meestal niet zo lekker, maar als je hem net hebt omgekeerd is zijn gemiddelde dichtheid nog precies gelijk aan de dichtheid voor de omkering.

Er vanuit gaande dat er geen lucht ontsnapt als de boot is omgekeerd, komt dit puur door het zwaartepunt dan ineens boven het wateroppervlakte ligt, ipv eronder.

Wat relevant is, is het totale gewicht van de boot en de vraag of het een vorm heeft waarmee het dat gewicht aan vloeistof kan verplaatsen voordat de vloeistof de boot binnendringt. De gemiddelde dichtheid is vaak een verwarrende maat.

De vorm staat los van het drijfvermogen, het heeft alleen invloed op het drijfvermogen. Drijfvermogen wordt puur bepaald door de wet van Archimedes. Drijfvermogen is gelijk aan de hoeveelheid vloeistof die wordt verplaatst. Verplaatst een boot 4kg aan vloeistof, dan is zijn maximale drijfvermogen dus 4 kg, ongeacht de vorm. Het verwarrende is alleen dat vloeistofverplaatsing maar deels afhankelijk is van het gewicht van de boot, maar vooral van het volume in relatie tot zijn gewicht (dus totale dichtheid). Bij een stalen romp telt daar de lege ruimte in mee. Hoe leger deze ruimte, hoe groter het drijfvermogen. Zou je de romp vacuüm trekken, ligt een boot ook hoger in het water dan als de romp gevult is met lucht.

Bij Mythbusters hebben ze ooit een leuk experiment gedaan waarin ze lieten zien dat dit zelfs opgaat voor gassen. Het gas was veel zwaarder dan lucht. In een aquariumbak konden ze op dat gas een licht-gewicht bootje laten drijven (optisch leek die dus in de lucht te zweven).

A pool of dense gas can make a tin foil boat appear to float in the air.

The MythBusters proved this by using sulfur hexafluoride, a gas six times more dense than air. The gas was poured into a rectangular vessel, creating “invisible water” upon which a simple tin foil boat floated. Subsequently, pouring some of the sulfur hexafluoride into the boat caused it to sink.

Overigens werken ballonnen op precies hetzelfde principe. Ook zij houden zich aan de wet van Archimedes, alleen werken ze door het gas in de ballon te vervangen voor een lichtere variant dan lucht (bijv. door het te verhitten of te vervangen door helium of waterstof).

[AlexanderB]

dus als je een ballon vult met zwavel hexafluoride spul dan gaat ie ook negatief zweven, hij hangt strak aan t draadje naar beneden. dat met die aquarium en aluminium bootje is ook een youtube filmpje van, van zwaar gas krijg je trouwens ook een hele zware stem, precies omgekeerd van helium stemmetjes dus.

boot op zn kop: een bal kan ook 'op zn kop' drijven, als je de 'boot' zo ontwerpt dat het zwaartepunt aan 1 kant van het drijfvermogen-middelpunt zit, zal die kant naar onderen gaan. een roeibootje kan inderdaad niet op zn kop maar als je, noem eens wat, een duikboot zo zou bouwen dat de ballast niet onderin lag, dan zou ie op zn kop kunnen varen (dat is voor de opvarenden natuurlijk zeer onwenselijk dus daarom liggen de loodaccu's en ballasttanks allemaal onderin)

wegkoken van de vloeistof waar de boot in drijft is geen probleem, zoals aangehaald met n blokje natrium/kalium, het vormt een gaslaagje met lagere dichtheid dat aan de romp vastplakt en de gemiddelde dichtheid verlaagt, tot de bellen zo groot worden dat ze loslaten, waarop het proces zich herhaalt.

in fact, door op een speedboot bepaalde groeven te maken zodat er een dun laagje lucht onderdoor trekt die zich klemwerkt tussen het water en de boot word de wrijving van een boot in het water verminderd en kan er significant harder gevaren worden. maar dat is voor een splashdown sonde (die waarschijnlijk vooral ronddobbert) natuurlijk van minder belang.

[Anoniem: 318843]

Als ik nu deze draad samenvat;
De wet van Archimedes geldt gewoon zowel voor water als methaan. Daar is dus makkelijk een bootje voor te ontwerpen.

En ik denk dat de koelende werking van de methaanzee altijd hoger is dan het verwarmingsvermogen van het bootje waardoor het probleem van bubbelvorming helemaal niet speelt.

[ Voor 75% gewijzigd door Anoniem: 318843 op 25-06-2010 01:46 ]

[Samopsa]

Anoniem: 318843 schreef op vrijdag 25 juni 2010 @ 01:31:

Maar e.e.a. zou ik dan toch liever experimenteel vaststellen.

Waarom zou je dat experimenteeel op de proef willen stellen? De natuur/scheikunde van dit soort fenomenen zijn al meer dan honderd jaar compleet duidelijk. Uiteraard zijn hier al experimenten van geweest, maar dit zijn dan weer net de dingen waar je geen experimentele check voor nodig hebt. Voegt niets toe!

Daarnaast kan je nooit de exacte omstandigheden aldaar hier recreeren, dus een succesvol experiment blijft een schijnzekerheid. Als de theorie achter dit soort dingen al niet lukt, krijg je dat apparaat ook nooit daar. Dit kan iemand die net zijn VWO heeft gehaald al vrij nauwkeurig uitrekenen.

[Anoniem: 318843]

Sorry nu heb ik net mijn bericht veranderd.
Ik schreef dat bubbelvorming zou zorgen voor méér verplaatste vloeistof zodat het drijfvermogen zou toenemen maar toen was ik het niet meer met mezelf eens dus heb ik dat verwijderd.

Samopsa schreef op vrijdag 25 juni 2010 @ 01:42:
Daarnaast kan je nooit de exacte omstandigheden aldaar hier recreeren, dus een succesvol experiment blijft een schijnzekerheid.

Mee eens.

[ Voor 35% gewijzigd door Anoniem: 318843 op 25-06-2010 01:57 ]