Spørsmål:
Ville en Foucault-pendel fungere på månen og på de galilenske månene?
LoveForChrist
2020-07-02 16:06:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg lurer på om Månen og Jovian-månene snurrer fort nok til at en Foucault-pendel kan svinge på polene sine. For eksempel tror jeg at det ikke ville svinge på Merkur og Venus fordi disse planetene roterer for sakte.

Jeg tror pendelen fungerer fungerer på Io. Ios rotasjonsperiode er omtrent 42 timer (eller omtrent 1,75 jorddager). Og hva med Europa og de enda saktere roterende månene? ​​

Kanskje Artemis 3 burde ta med seg en Foucault-pendel og teste den på Månens sørpol.

To svar:
uhoh
2020-07-02 19:55:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

tl;dr

Så lenge pendelen kan svinge pålitelig, er Foucault Pendelrotasjonen uavhengig av tyngdekraften.

Hvis spørsmålet ditt handler om en normal pendel og du mente faktisk ikke å snakke om fenomenet Foucault Pendulum, så vil en normal pendel fortsatt fungere selv i veldig svak tyngdekraft på en rimelig måte, så lenge lengden på pendelen er betydelig kortere enn kroppens diameter og kroppen er i det minste omtrent sfærisk, og du er på overflaten.

Backgound

Basert på kommentarer under @ Uwes svar som

Jeg spør ikke "hvordan må den bygges for å fungere på x planet", men om den faktisk kan svinge på ekstremt sakte roterende planeter som Venus.

og

Kvikksølv eller månen har ikke betydelige atmosfærer, derfor er det ingen friksjon. Er ikke svingningens varighet også avhengig av hvor sterk tyngdekraften er?

Jeg skal utdype det.

Perioden for en svinging av en pendel er

$$ T = 2 \ pi \ sqrt {\ frac {L} {g}} $$

hvor $ L $ er lengden på en pendel og $ g $ er tyngdeakselerasjonen. Vend den rundt og få

$$ L = \ frac {g T ^ 2} {4 \ pi ^ 2} $$

Hvis $ T $ er 10 sekunder, er $ L $ omtrent 25 meter på jorden og noe kortere på kropper med mindre overflatevekt.

Dette er nesten ikke relatert til rotasjonshastigheten til noe rimelig legeme.

Foucault Pendulum fenomenet er relatert til hastigheten som em> veldig sakte forgjengere eller planet som pendelen svinger ser ut til å sakte rotere i forhold til bakken.

Tenk deg at du er på Sydpolen, og du setter opp en veldig godt beskyttet, tapsfri pendel. Svingningsplanet ser ut til å rotere en gang om dagen. Det er en tilsynelatende rotasjon, ikke en "svingning".

Det er imidlertid ikke ekte, hvis du så fra verdensrommet, ville du innse at det virkelig er jorden som roterer under pendelen, og pendelens plan roterer ikke alt.

Hvis du beveger deg til en lavere breddegrad, vil flyet nå begynne å rotere litt sett fra rommet. Hvis du er på ekvator, roterer flyet en gang om dagen (forutsatt at det er nord-sør), men fra planeten vil det ikke ses å rotere i det hele tatt.

Svar

rotasjonshastigheten til en Foucault-pendel, sett på en planet, er alltid en brøkdel mellom 0 og 1 ganger planetens rotasjon, og har ingenting å gjøre med tyngdekraftens styrke.

Så lenge pendelen kan oscillerer pålitelig, er rotasjonen uavhengig av tyngdekraften.

Flott forklaring.
Jeg snakker selvfølgelig om Focault-pendler. Du beskrev hvordan det fungerer (jeg ba ikke om hele beskrivelsen, men takk uansett) og at den er uavhengig av tyngdekraften og rotasjonen, men er det egentlig ingen grenser (annet enn lengden på pendelen i forhold til kroppen)? Også, hvis jeg forstår deg godt, ville en pendel fungere bra f.eks. på asteroiden Lutetia (har 0,003 g) hvis den er mindre enn Lutetias diameter?
@LoveForChrist I forklarer dette mye for å sikre at pendler "svingninger" (det du skrev i din første setning) ble vurdert separat fra * tilsynelatende rotasjon *. Formen på [asteroiden 21 Lutetia] (https://en.wikipedia.org/wiki/21_Lutetia) kan være et problem fordi den avviker mye fra en sfære. Med et så ujevnt tyngdefelt kan en pendelbevegelse være komplisert og begynne å rotere ganske enkelt på grunn av gravitasjonsforstyrrelser, slik at det vil komplisere en test av Foucault-pendelfenomenet, men selve pendelen vil absolutt fungere og * svinge *.
@uhoh Hva er galt med begrepet "svingning"? Jeg endret det til å svinge, det var det jeg mente.
@LoveForChrist alle pendler svinger eller svinger, det har ingenting å gjøre med den effekten som en Foucault-pendel viser, som er * rotasjon *. Beklager, dette har kommet for langt fra * Space Exploration *. Spørsmål om fysikken til pendler kan legges ut i Physics SE.
Uwe
2020-07-02 17:21:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

En veldig lang Foucault-pendel som viser jordens rotasjon, bør ikke ha noen foretrukket svingretning. Pendelvekten skal være tung for å lagre nok kinetisk energi for en lang aktivitet som starter med stor amplitude.

Foucault laget sitt mest berømte pendel da han hengte opp en 28 kilo (62 lb) messing- belagt blybob med en 67 meter lang (220 fot) ledning fra kuppelen til Panthéon, Paris.

Foruten luftmotstand, er det andre viktigste tekniske problemet med å skape en 1 meter Foucault-pendel i dag sies å sikre at det ikke er foretrukket svingretning.

Fra Wikipedia.

Så hvis Foucault er designet for lang svingning, vil det fungere på Venus, Merkur, Io, Europa og Månen også. Et vakuum vil være nyttig for å fjerne atmosfærisk friksjon. Det skal ikke være noen påvirkning fra vind.

Men jeg tviler på at Artemis 3 kan transportere en veldig lang pendel med montering til månen.

@uhoh "Foruten luftmotstand, er det andre viktigste tekniske problemet med å lage en 1 meter Foucault-pendel i dag sies å sikre at det ikke er noen foretrukket svingretning." Fra wikipedia. Så en lang pendel er nyttig for å unngå en foretrukket svingretning.
Jeg har aldri tenkt på det, men selvfølgelig er det riktig. Dette ville være viktige punkter å legge til i svaret ditt!
Det ville fungere selv på Merkur og Venus? Det må være noen grenser i pendulens svingning eller ikke? Ville en Focault-pendel også svinge på en planet hvis rotasjonsperiode er tusen dager? Månene i spørsmålet mitt har heller ingen atmosfære eller veldig tynn (Io), så det betyr ikke så mye jeg vil si. :-)
torsjonspendler er mye lettere å bygge, men selvfølgelig vil de ikke vise denne effekten
@LoveForChrist dette er et ingeniørspørsmål om en ingeniørutfordring. Jeg tror du går utenfor temaet nå, svaret på alle disse er "det kommer an på hvor mye penger du bruker og hvor nøye du designer dem" og har ingenting å gjøre med Space Exploration.
@uhoh Nei, jeg lurer på om det kan fungere på en hvilken som helst planet, til og med ekstremt sakte roterende.
@uhoh Jeg spør ikke "hvordan må den bygges for å fungere på x planet", men om den faktisk kan svinge på ekstremt sakte roterende planeter som Venus.
@LoveForChrist Problemet er å bygge et pendel med veldig lang varighet av svingninger for å jobbe på en ekstremt sakte roterende planet. Du kan bruke en batteridrevet pendelstasjon for å erstatte all energi som går tapt ved friksjon. Selvfølgelig bør denne stasjonen ikke ha noen foretrukket svingningsretning.
@Uwe Kvikksølv eller Månen har ikke signifikante atmosfærer, derfor er det ingen friksjon. Er ikke svingningens varighet også avhengig av hvor sterk tyngdekraften er?
@LoveForChrist Jeg har lagt ut et supplerende svar.


Denne spørsmålet ble automatisk oversatt fra engelsk.Det opprinnelige innholdet er tilgjengelig på stackexchange, som vi takker for cc by-sa 4.0-lisensen den distribueres under.
Loading...