Kraft im Kondensator <-> Gewichtskraft?

[Megana]

@PICture:
Deine Joberfahrung (die ich noch nicht aufweisen kann) beruhigt mich Ich finde, für einen Jobanfänger hab ich da ein ganz schön happiges Problem zu lösen. Aber man wächst ja bekanntlich mit seinen Aufgaben...

@Besserwessi:
Der Gedanke ist überhaupt nicht dumm. Die Auslenkung durch die Gravitation ist ja "nur" 20 µm - also viel für unsere Strahlung, aber wenig verglichen mit den Ausmaßen des Spiegels (10 x 20 cm). Und die Gravitation ist ja doch recht verläßlich konstant, zumindest innerhalb ein und desselben Labors...
Für unsere optischen Messungen läßt sich das sicher erstmal machen. Wie das dann mit den Röntgentests aussieht, ist eine andere Sache - aber dafür sollten die Spiegel dann ja eh schon fest in der Halterung sein, das ist sowieso das nächste Problem...

Ich bin übrigens momentan dabei, doch noch die Sache mit der Wassersäule weiterzuverfolgen. Wir haben einen Differenzdruckmesser, der im entsprechenden Meßbereich arbeitet, und durch die offene Wassersäule auf der anderen Seite sind die Luftdruckschwankungen ausgeglichen. Sorgen machen mir da wie gesagt Temperaturschwankungen - aber jetzt wird erstmal getestet, ob die einzelnen Komponenten überhaupt dicht sind...

[PICture]

Hallo!

Ich weiß nicht, ob die Idee realisierbar ist, mir ist aber eingefallen, dass man die ganze Konstruktion auf geeignete kleine Fragmente verteilt, die nach Zusammenbau die richtige Funktionalität garantieren. Dann könnte man die Spiegel in jedem Fragment unter Gravitationskraft prezise einstellen und das Fragment danach mit einer langsam fest werdender Flüssigkeit (Klebstoff?) asfüllen, so das die Spiegel seine Lage auch ohne Gravitation beibehalten würden. Wahrscheinlich könnte man mehrere gleiche Fragmente verwenden. Fraglich ist, ob der gesamte Gewicht nicht zu groß wird. Vielleicht reicht es nur jeden Spiegel nach dem Einstellen mit langsam festwerdender Substanz durch kraftloses Ansprühen fixieren (einseitig bzw. umhüllen). Das Endergebnis kann man einfach unter Gravitation bei z.B. um 90° gedrehtem Spiegel prüfen.

MfG

[Manf]

Ein Problem das nicht alle Tage gelöst werden muss, sehr schön darüber diskutieren zu können.

Die Lösung mit dem Luftdruck halte ich für vielversprechend. Sie ist aufgeteilt in die Frage wie man den Luftdruck präzise erzeugen und konstant halten kann, und, ob der Luftdruck bei (trotz) gekrümmter Fläche ausreichend präzise die Gravitation kompensieren kann. Bei gering gekrümmter Fläche und waagerechter Aufhängung könnte es ja reichen.

Können wir uns damit auf die präzise Einstellung der 13,5 Pa konzentrieren? Da gäbe es wohl Ansätze analog zu kleiner Spannung mit Spannungsteilern und Tiefpassfiltern.

[user529]

gretchenfrage: ist das ding überall gleich dick?-wenn nicht hast du wieder ein problem dass die gewichtsgraft nicht gleichmäßig ist, der auftrieb/die druckkraft aber schon.

sg clemens

[Martin.]

Wie wäre es, wenn du auf die Platte eine weitere legst. Die obere besitzt in der Mitte ein Loch mit einem Schlauch anschluss. Wenn du da Druckluft durchbläßt, "kleben" die Platten fast aneinander, nur dass sie sich nicht direkt berühren. die obere Platte kann dann hochgehoben werden und die untere würde mit hochgehen. entsprechend dem Abstand zwischen den Platten kann man den nötigen Luftdruck berechnen. Der liegt weit über 13.5 Pa und ist dann vielleicht leichter handhabbar.

Stichwort: Aerodynamisches Paradoxon

[Megana]

Super - da sind echt ein paar Ideen dabei, auf die ich noch gar nicht gekommen bin.

Das mit den Fragmenten und mit der Fixierung in der richtigen Halterung ist an sich schon ein guter Gedanke, allerdings gefällt es uns nicht so, daß wir damit das Glas in die richtige Form "zwingen", sprich innere Spannungen produzieren. Das Ding muß schließlich im Vakuum und gravitationsfreien Zustand, ausgesetzt extremer Temperaturen, über mehrere Jahre zuverlässig stabil sein. Und, wie Du schon sagst: das Gesamtgewicht ist auch ein Problem. Diese Spiegelschälchen, die wir zur Zeit testen, sind ja eh schon nur Fragmente vom Gesamtaufbau.

Die Luftdruck-Sache ist übrigens zur Zeit im Aufbau: ich versuche einfach, eine Wassersäule von 1,35 mm aufzubauen und konstant zu halten. Momentan ist der Topf mit dem Spiegel noch nicht dran, sondern nur der Druckmesser, und ich wundere mich doch sehr, daß das Ganze sogar halbwegs stabil aussieht (die letzten zwei Stunden hat der Druck zwischen 10 und 25 Pa geschwankt, und den Meßbereich des Druckmessers noch nicht überschritten). Frei nach Pi mal Daumen müßte das Ding doch extrem temperaturempfindlich sein: die 13,5 Pa sind ~1/10000 des Luftdrucks, ergo wird dieser Druck bereits erzeugt, wenn die Luft unter dem Glas ihr Volumen um 1/10000 ändert. Und so eine Volumenänderung haben wir bereits bei Erwärmung um, naja, so 0,025°C.

Das mit dem Winkel des gekrümmten Glases ist die nächste Sache: es handelt sich wohl um etwa 6° zwischen Tangente am Glas an der Stelle, wo es aufliegt, und der Waagerechten. Kann man wohl (erstmal) vernachlässigen...

Die Platte ist übrigens wirklich überall gleich dick - da achten sie schon beim Formen des Glases drauf, weil es (mit der momentanen Methode) sonst sofort Abweichungen in der Spiegelform gibt.

Das aerodynamische Paradoxon ist eine prima Idee (ich mag physikalische Tricks!). Allerdings hab ich damit noch gar nicht gearbeitet und hab grad gar kein Gefühl dafür, was man da wohl für Drücke bräuchte, und vor allem wie konstant man die halten kann. Frage: funktioniert das denn wirklich auch, wenn die untere Platte bereits konkav ist? Und ist das dann nicht ziemlich schwierig, den korrekten Abstand / Druck zu bestimmen?

[Martin.]

Die Form der Platte in der Mitte dürfte wohl keine Unterschiede machen. Notfalls müsste man die andere auch leicht konkav formen. Den Druck berechnet man über die bernoulli Gleichung. p0 = p + 1/2 * rho*v^2. Wobei v die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums mit Dichte rho ist. Zugleich gilt die Kontinuitätsgleichung mit A1v1 = A2v2. A1 und v1 sind bei dir die Maße der Zuleitung. A2 wäre der Spalt wischen den beiden Platten einmal rundherum. Wegen diesem Spalt strömt die Luft dort mit einer hohen Geschwindigkeit nach Außen. Dadurch sinkt der statische Luftdruck zwischen den Platten und es wird ein Auftrieb erzeugt. Diesen Effekt hab ich in einer Experimentalphysik Vorlesung gesehen. Dort hat es sehr gut funktioniert. Wie es aber in diesem Fall ausschaut kann ich leider nicht sagen. Ich bin da kein Fachmann.

Viel Glück

[Martin.]

Mir ist gerade eingefallen, dass es durchaus einen unterschied macht, ob die "Platte" konkav ist oder nicht. wenn sie beidseitig gekrümmt ist, dann wird in der Mitte der Spalt ein bisschen größer sein. Die Strömungsgeschwindigkeit wird dann nicht die gleiche wie außen sein, was zur Folge hat, dass die Kräfte auf die Platte nicht überall gleich groß sind. Dies gilt aber nur wenn die konkave Seite zwischen den Platten ist. Andernfalls sind die wirkenden Kräfte eigentlich gleich groß. Aber wie schon gesagt, ich habe nur einen qualitativen - sehr schönen - Versuch, aber keinen quantitativen gesehen.

[Manf]

Das mit dem Unterdruck aufgrund der Fließgeschwindigkeit sieht sehr elegant aus. Um einen konstanten Unterdruck pro Fläche zu erhalten muss dann aber überall die gleiche Geschwindigkeit herrschen. Das ist bei einer zentralen Öffnung sicher nicht zu erreichen.

Konstante Druckverhältnisse erreicht man wohl eher bei ruhender Luft oder mit einer Regelung die gerade den Luftverlust ausgleicht. Der Druck wirkt dabei als Kraft senkrecht zur Fläche. Für 6° muss man dann eine Abweichung von der Größe 1-cos(6°) erwarten, also ca. 0,5%.

[Martin.]

Also bei planparallelen Platten wird die Ströumgsgeschwindigkeit, sofern die Platten von der Oberflächenbeschaffenheit es zulassen überall konstant sein. Wenn die Luft durch eine Zentrale öffnung hineingepresst wird, sind alle Raumrichtungen gleichwertig. Man muss vielleicht am Anfang ein bisschen die obere Platte auf die untere drücken, damit der Abstand an den Rändern minimal wird. Wenn die Platte konkav ist, muss man eben schauen, dass das Einströmloch exakt in der Mitte ist. Wer aber so genaue Platten herstellt, sollte das auch hinbekommen.

Bei einer Senkrechten Belüftung wird man wohl das Problem haben, dass sich in der Mitte Wirbel bilden. An der Seite hingegen kann ein Teil der Luft vorbeiströmen. Damit wird man keine Gleichmäßige Kraft erzeugen können.