Spørg Scientariet: Hvordan vejer de eksperimenter på ISS, når alt er vægtløst?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Scientariet: Hvordan vejer de eksperimenter på ISS, når alt er vægtløst?

Vores læser Thomas Scherrer har spurgt:

Findes der en speciel vægt, der kan veje eksperimenter på ISS? De har jo vægtløs tilstand, så alting falder med samme hastighed.

John Leif Jørgensen, professor på Institut for Rumforskning og Rumteknologi på DTU Space, svarer:

På ISS er alle objekter næsten vægtløse. Strengt taget er alle objekter konstant udsat for mikro-gravitet, så alting vejer meget tæt på, men ikke helt nul.

Når ting skal 'vejes' i rummet, benytter man det faktum, at mennesket har defineret tung (F=Mg) og træg masse (F=Ma) til at være ens (g er tyngde-accelerationen på Jordens overflade, mens a er legemets acceleration [m/s^2]).

Denne identitet stammer fra Einsteins ekvivalensprincip. Så når vi vejer et objekt her på Jorden, vejer det det samme på en vægt, som det vi finder fra et accelerationsforsøg.

Da tyngdekraften på ISS er kompenseret ud, som du skriver, bruger man en accelerometer-baseret massemåler i rummet (f.eks. ved at måle svingningstiden af en masse, monteret på en fjeder).

Dette princip bruger vi faktisk konstant, når vi flyver rumfartøjer, både når vi laver kurskorrektions-manøvrer, og når vi drejer rumfartøjet rundt.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Man påfører en kalibreret kraft på objektet og måler med et accelerometer den
resulterende acceleration. Den træge masse femgår da af den ene af Johns ligninger.
Den kalibrerede kraft kan være fra den elektrodynamisk transducer, sådan som den
kendes fra den elektrodynamiske højtaler. Mikrogravity må der korrigeres for.

Der er nok brug for noget udviklingsarbejde for at få en nyttig vægt ud af det.

  • 0
  • 0

... så vejer man ikke, men bestemmer massen.

Der er gennem tiden anvendt flere forskellige udformninger til massebestemmelse i rummet. På Spacelab anvendte man til astronautmasser en fjeder-monteret stol. Astronauten satte sig i den i sammenkrøbet "stiv" stilling og udløste et håndtag, så stol + person svingede. Massen kunne så bestemmes ud fra svingningstiden. Noget tilsvarende er i mindre skala anvendt til forsøgsdyr o.lign. Vægtfylde af en væske (til 4. betydende ciffer kan bestemmes i et U-formet rør, som ad elektrisk vej bringes i svingninger som en stemmegaffel.

Helt lavpraktisk kan man bestemme, om en æske eller dåse er tom eller fuld, ved simpelthen at ryste den lidt.

  • 0
  • 0

"Når ting skal 'vejes' i rummet, benytter man det faktum, at mennesket har defineret tung (F=Mg) og træg masse (F=Ma) til at være ens (g er tyngde-accelerationen på Jordens overflade, mens a er legemets acceleration [m/s^2]).

Denne identitet stammer fra Einsteins ekvivalensprincip"

Einstein tillægges meget men jeg mener det var Newton, der satte tung masse = træg masse.

  • 3
  • 1

Den omtalte kalibrererede kraft på objektet, der skal vejes påføres ved, en elektrodynamisk transducer, altså som et elektrisk signal. man kan exciterer vejeobjektet med hvid støj og krydskorrelere signalet fra accelerometeret med inputtet, så får man overføringsfunktionen fra påført kraft til resulterende acceleration. Den indeholder massen som parameter og denne bestemmes. Den tilstedeværende mikrogravity fra rumstationen indgår ikke i krydkorrelationsfunktionen. Overføringfunktionen indeholder også informationen om resonansfrekvensen, altså svingningstiden, så førsøget med svingningstid er indeholdt i dette setup.

Skulle det ikke være muligt at lave en badevægt efter dette princip? elektronisk og med et lavt effektforbrug.

Vibrationsborde er en del af standard tests i afprøvningen af udstyr til satellitopsendelse, så der er velkendt i branchen.

  • 0
  • 0

Torbens metode bruges allerede indenfor elektro-akustik til at bestemme den bevægelige masse af en elektro-dynamisk højttaler. Højttalerens ophæng med en centrerende kraft (fjeder) sammen med den bevægelige masse danner en mekanisk oscillator med en bestemt svingningsfrekvens f0 som er omvendt proportional med kvadratroden af masse gange fjerderkonstant. Hvis astronauten spændes fast på en højttaler vil man derfor kunne bestemme tilvæksten i massen ud fra en måling af reduktionen af f0. Dette gøres vanligvis ved at måle højttalerens impedans som funktion af frekvensen. Der er maksimum impedans og nul fase ved f0. Dette skyldes at højttaleren reflekterer mekanisk og elektrisk energi mellem domænerne ligesom en elektromotor. Ved at anvende midling/korrelation kan støj (f.eks mikro-gravitation) midles væk så længe støjen ikke er korreleret med det elektriske stimulus signal der påtrykkes højttaleren. I praksis er højttaleren nok nødt til at være noget i stil med et rystebord for at kunne veje en fuldvoksen astronaut. Metoden kræver også at massen er 'stiv' hvilket er svært at opnå for os mennesker (selvom det hjælper med alderen ;-)). Ellers vil kun dele af massen indgå i svingningen - specielt hvis f0 er høj. Hvis metoden kombineres med en 3D positionsbestemmelse af legemet hvil der kunne korrigeres for ikke-stivhed. Dette kunne gøres med en laser-scanner. Ikke en billig løsning, men sådan er det jo i space-branchen. Kommer til at tænke på amerikanerne der udviklede en skingrende dyr kuglepen der duede i vægtløs tilstand mens russerne bare brugte blyanter...

Man kunne også skele til de maskiner der står på et hvert autoværksted der kan udmåle et bil-hjul og angive præcis hvor og hvor mange gram blyvægt der skal monteres for at afbalance hjulet. Det har altid fascineret mig.

Den gode gamle badevægt har den fordel at den kun måler DC-komposanten skabt af gravitationen så stivhed og legemets egne bevægelser midles ud.

Forresten: var det ikke gamle Newton der ledte os på sporet af alt det her...?

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten