Over mijn blog

Ooit een 'Rocket Scientist' maar al heel snel gesnapt dat ik niet moet rekenen aan raketten (mijn enige praktijkervaring: Ariane 501 -nee, ik was het niet!). Andere mensen enthousiast maken zit me meer in het bloed.
Na negen jaar bij ESA ben ik nu geland bij mijn thuishaven, de TU Delft, als woordvoerder/communicatie adviseur.

Dit blog gaat soms over ruimtevaart, maar meestal over mijn ervaringen in het communicatievak. Persoonlijk vind ik dat journalisten en voorlichters wel wat opener mogen zijn over hun samenwerking. Daarom probeer ik hier inzicht te geven in de afwegingen en keuzes die ik maak. Dat kan niet altijd, maar vaak ook wel.

Volg me op Twitter Bezoek mijn LinkedIn profiel email me op m.vanbaal@tudelft.nl
+31 (0) 15 2785454

Categories

Disclaimer

De meningen ge-uit door medewerkers en studenten van de TU Delft en de commentaren die zijn gegeven reflecteren niet perse de mening(en) van de TU Delft. De TU Delft is dan ook niet verantwoordelijk voor de inhoud van hetgeen op de TU Delft weblogs zichtbaar is. Wel vindt de TU Delft het belangrijk - en ook waarde toevoegend - dat medewerkers en studenten op deze, door de TU Delft gefaciliteerde, omgeving hun mening kunnen geven.

Vraag: Waarom zweeft een astronaut?

Update 18/10, zie onderaan

Heel veel mensen zullen deze vraag beantwoorden met “omdat er in de ruimte geen zwaartekracht is!”. Toch? En dat is fout, erg fout zelfs. Maar het is een fout die nogal diep in ons bewustzijn verankerd zit, je komt ‘m ook overal tegen. De uitleg van de ‘deskundige verslaggever’ gisteren bij Hart van Nederland over de parachutesprong van Felix Baumgartner is vrij schokkend. Op de vraag wat de gevaren zijn zegt hij: “Je zit op bijna gewichtsloos, dan struikel je even en dan ga je de verkeerde kant op, naar het heelal”. Auauauau (03.00 min).

Vallen
Dus –once and for all-: astronauten vallen. Op dezelfde manier als jij, als je van een stoel springt, of als Felix Baumgartner gisteren toen hij uit zijn heliumballon sprong. De zwaartekracht die een astronaut op zijn lichaam voelt is in de ruimte (vrijwel) hetzelfde als op aarde.
Vergelijk het met een lift waarvan je de kabels doorsnijdt (en even snel alle lucht uit de schacht pompt). Je valt dan samen met de lift naar beneden, en voila, je ‘zweeft’! Net als Andre Kuipers, natuurkundig is er geen enkel verschil. Althans, de eerste twee seconden dan. Daarna kom jij vrij hardhandig de aardbol weer tegen, en Andre Kuipers niet. Waarom hij niet? Horizontale snelheid.

Maar eerst even de basics: zwaartekracht

Zwaartekracht
Zwaartekracht is de aantrekkingskracht die objecten op elkaar uitoefenen. Dat is werkelijk een ongelofelijke flutkracht, het lachtertje onder de natuurkrachten. De vrij eenvoudige zwaartekrachtwet beschrijft hoe objecten elkaar aantrekken:

De kracht is gelijk aan de zwaartekrachtsconstante G (6,67 * 10-11) keer de massa’s van beide objecten en gedeeld door de onderlinge afstand in het kwadraat.

Als een astronaut (van 75 kg) gewoon op de grond staat, oefent de hele gigantische aarde een kracht uit van zo’n 735 N. Dat is de kracht die je op de grond houdt en die je voelt als ‘gewicht’. Dat is niet erg sterk. Een beetje vent kan met zijn spieren ook 735 Newton kracht leveren (lees: 75 kg optillen). De aarde heeft voor die kracht dus haar volle 6000000000000000000000000 kg massa voor nodig.

Kortom, zwaartekracht is een prutkracht. Zusje de magnetische kracht heeft voor 735 newton een forse magneet nodig, niet een hele planeet.

Altijd en overal
Alleen, die zwaartekracht is er wel altijd en hij is overal. Ga je naar het internationale ruimtestation op 400 km boven het aardoppervlak, dan is er nog steeds. De afstand tot het middelpunt van de aarde is dan iets groter, maar op de straal van de aarde (ongeveer 6350 km) is 400 km niet erg veel. De kracht iets kleiner maar je bent er nog lang niet ‘ aan ontsnapt’. Vul maar in en je komt op  ongeveer 650 N. Ergo: de astronaut zweeft dus NIET omdat er geen zwaartekracht is. Die is vrijwel niet veranderd.

Waarom dan WEL?
Maar waarom zweeft een astronaut dan wel? En waarom valt ie niet met een steeds hogere snelheid richting aarde, zoals Felix Baumgartner? Het antwoord is: ‘dat probeert ie wel, maar het lukt maar niet’. Het verschil zit in de voorwaartse snelheid van de astronaut. Daardoor valt hij niet in een rechte lijn naar beneden, maar in een boog naar beneden. Vergelijk het met een kanonskogel (instructieve filmpjes op wikipedia) die je afschiet. Hoe harder je die schiet, hoe verder weg het punt komt waarop de kogel de aarde raakt. Zou de aarde plat en oneindig zijn, dan valt de kogel dus altijd op de grond.

Maar… de aarde is rond. Als je maar hard genoeg schiet, dan komt er een punt waarop de kogel ‘over de horizon valt’ en de aarde dus eigenlijk mist. Hij blijft vallen en mist voortdurend de aarde, net zolang tot ie, na ongeveer 90 minuten, tegen je achterhoofd knalt.

En dat is de sleutel voor de zwevende astronaut: je moet zo hard vooruit bewegen dat je om de aarde HEEN gaat vallen, in plaats van erop te pletter.

Cirkelbaan
Het formuletje om die benodigde snelheid uit te rekenen is simpele middelbareschool-natuurkunde: v= wortel(G*M/R). Daarbij is M de massa van de aarde, R staat hier voor de afstand tot het middelpunt van de aarde. Die is voor het ruimtestation ongeveer 6750 km (6350+400). Vul maar in: de snelheid die je nodig hebt om in een baan om de aarde te vallen is dan  een whopping 7,7 km per seconde (28.000 km/u). De massa van het ruimtestation doet er niet toe.

En dat maakt ruimtevaart zo moeilijk. Niet alleen moet je die snelheid halen om niet op de aarde te pletter te slaan, je moet ‘m ook HOUDEN. Dat lukt niet in de atmosfeer, waar de lucht je afremt. Op honderd kilometer hoogte geeft de atmosfeer nog zoveel wrijving dat je snelheid terugloopt en je binnen een paar dagen alsnog op aarde terugvalt (zie ook dit blog). 400 km, waar het International Space Station beweegt, is eigenlijk nog vrij laag, dat moet een paar keer per jaar een stevige duw krijgen om snelheidsverlies door wrijving te compenseren. (Die hoogte is overigens gekozen omdat de Space Shuttle met zware onderdelen aan boord niet veel hoger komen kan, een vrij praktische reden dus).

Kortom, zweven is niet zo moeilijk, het is gewoon een kwestie van vallen. Je moet alleen zorgen dat je nergens OP valt, en daarbij is snelheid de sleutel. Felix Baumgartner had die horizontale snelheid niet. Dus hij viel, onverbiddelijk ook als ie gestruikeld was.

Michel

PS: en als je dan eenmaal door gravitatievelden valt, kun je ervan gebruikmaken zoals een zeiler gebruik maakt van de wind, hoewel het vaak nogal tegen je intuïtie ingaat. Daarover een volgende keer.

Update:

Kijk, dat is stoer. Verslaggever @HansHvNL kwam er gisteren in de uitzending van half 11 zelf op terug. Hij ging naar André Kuipers voor een lesje zwaartekracht.  Respect, Hans!

Be Sociable, Share!

21 comments

@ Geïnteresseerde
Vind het wel interessant wat je zegt, heb je een artikel die deze visie uitlegt? Als ik nu google krijg ik veelal de conventionele theorie: aantrekkingskracht..

@prutsfysicus
Wat jij doet is het proberen uit te leggen op een vrij wiskundige manier waar een niet-wiskundige niet wijs uit komt. Vrijwel iedereen kan dat in zijn kennisgebied doen en dan krijg je telkens weer een ander verhaal. Maar dat maakt het ene verhaal nog niet correcter als het andere.

Waar het mij om ging was dat er stond beschreven dat de aarde objecten aan trok. Dat is niet een andere manier van verwoorden maar is gewoon niet correct. En dat het buiten de scope gaat van het onderwerp ben ik met je eens, maar deze werking werd wel specifiek zo vermeld.

“Is duwen niet eigenlijk het uitoefenen van een kracht?” Ja dat is het zelfde.

Je kunt het het beste als een hoog drukgebied zien waarbij er door de aarde een soort lager drukgebied ontstaat (dat is de “afwijking” in jou beschrijving”).

En zo komen we dus weer bij mijn uitleg met de wind (verplaatsing van hoger drukgebied naar lager drukgebied) en het windscherm.

M.i. heeft Geïnteresseerde een goed punt.
De ‘zwaartekracht’ is ook helemaal geen kracht maar een versnelling (op de equator gemiddeld 9,8 m/s2). De resultante van die versnelling op een massa is een kracht(f=mg) (die massa, zo vermoedt men, is weer het resultaat van het Higgs-veld waar de massa zich in bevindt, maar dat terzijde). Voor nadere info verwijs ik naar Einsteins algemene relativiteitstheorie.

*edit:

versnelt van 0 km/u naar “veel, maar niet ZO veel” km/u

@Jan Smal:

Dat Baumgartner niet is verbrand is om dezelfde reden dat hij niet in orbit is beland: hij ging niet hard genoeg. De zak afval gaat zo hard dat de luchtwrijving die ontstaat als hij de atmosfeer raakt ‘m gloeiend heet maakt. Baumgartner versnelt van 0 km/u naar km/u, maar bereikt op een gegeven moment een maximale snelheid (terminal velocity) als de zwaartekracht en de luchtwrijving elkaar precies opheffen. Op dat moment gaat hij bij lange na niet hard genoeg om te verbranden.

@geïnteresseerde:

Je beschrijving van hoe zwaartekracht werkt is net zo min “correct” als “objecten oefenen door hun massa krachten op elkaar uit”. Wat Newton gravitatie noemde is het gevolg van iets fundamentelers, maar dat doet nauwelijks ter zake. Het is niet de ruimte die tegen objecten duwt (hoe doet de ruimte dat? Is duwen niet eigenlijk het uitoefenen van een kracht? Je kunt moeilijk bezwaar hebben tegen de woordkeuze van de auteur als je zelf dit soort vage begrippen gebruikt).

Als je het echt correct zou willen formuleren zou je iets moeten zeggen in de trant van:

“Objecten volgen geodeten in ruimtetijd. Wat geodeten zijn wordt bepaald door de metrische tensor, die vastgelegd wordt door de energie-impulstensor en de Einstein-veldvergelijkingen. Afwijkingen van geodeten interpreteren we als krachten uitgeoefend op het object.”

En dan moffel ik nog steeds een aantal relevante dingen onder het tapijt. Niemand kan bewijzen dat dit is hoe het universum werkt, hooguit dat het een nauwkeurig model is voor wat we waarnemen. En we weten ook dat het niet helemaal kan kloppen, aangezien de theorie niet te verenigen is met quantumveldentheorie, de andere fundamentele beschrijving van de natuur.

Discussiëren over of de auteur’s beschrijving van zwaartekracht al dan niet “correct” is, is het punt volledig missen.

Leuk om weer eens te lezen hoe het zit.
Werd nog getriggerd door die zak ruimteafval, die uiteindelijk zou neervallen en verbranden…. Misschien goed om aan te geven waarom dat niet met Baumgartner is gebeurd…..

Ik zeg ook niet dat de beschreven formules / wetten niet kloppen. Daar weet u ook vast veel meer van als ik, het is tenslotte uw vakgebied. Alleen de ‘logische’ uitleg rondom de zwaartekracht is niet correct. Dat is alles.

@geinteresseerde
Mmmmm. Wat de natuurkunde doet is de werkelijkheid zo goed mogelijk beschrijven. Voor de dagelijkse praktijk (en in eerste aanleg ook voor ruimtevaart) is de Newtoniaanse natuurkunde ruim voldoende, maar bij bijv hoge snelheden die in de buurt van de lichtsnelheid komen heb je de relativiteitstheorie nodig om dingen goed te kunnen beschrijven. Maar dat maakt de wetten van Newton nog niet onwaar, alleen niet precies genoeg.

Het is een heel mooi verhaal en je kunt er best wel wat van leren als het niet je vakgebied is maar er zit toch een grote fout in.

“Zwaartekracht is de aantrekkingskracht die objecten op elkaar uitoefenen.”, “Als een astronaut (van 75 kg) gewoon op de grond staat, oefent de hele gigantische aarde een kracht uit van zo’n 735 N.”. Au.

Zwaartekracht is geen aantrekkingskracht die objecten op elkaar uitoefenen en de hele aarde oefent dus ook geen kracht op je uit. Dit is zoals men er ooit over dacht (dat verhaal met die appel) maar in werkelijkheid duwt de ruimte tegen ons. De aarde kun je dan zien als een soort windscherm (niet helemaal correct want de aarde houd lang niet alle ‘druk’ tegen, zou hij dat doen dan heb je eigenlijk een soort zwart gat) en daardoor worden wij dus door de ruimte tegen de aarde aangedrukt, net zoals een zandkorreltje door de wind tegen het windscherm zou kunnen worden aangedrukt.

@flipflop
Dat is een goede vraag, ruimteafval is opzichzelf een blog waard ;). Als astronauten in het ISS hun vuilniszak met een flinke duw buitenzetten, dan gaat deze ook met 28.000 km/u om de aarde draaien, de flinke duw heeft geen noemenswaardig effect op de beweging. Door de minieme luchtweerstand op 400 km zal de vuilniszak langzaam zakken en naar verloop van tijd (dat hangt af de grote, de zonactiviteit en nog een aantal factoren) alsnog in de atmosfeer verbranden. Dat kan tientallen of honderden jaren duren, vanaf 400 km (en een beetje hoger duizenden tot miljoenen).

Er is alleen nog een ander probleem: er draait veel rommel in een baan om de aarde (een groot deel ‘natuurlijk’ trouwens), dus de kans is groot dat de vuilniszak in de loop der jaren een stukje rommel tegenkomt vanuit een andere richting. die gaan dus allebei 28.000 km/u, dat is een keer of 5 harder dan een kogel, dus het effect is destructief. Daardoor valt die vuilniszak in steeds kleinere stukjes uiteen, die een ring van rommel vormen (en hoe kleiner hoe langer het duurt voor het in de atmosfeer verbrandt). Die ring van rommel zit overigens in het baanvlak van het ISS, dus de kans dat de astronaut ‘gebombardeerd’ wordt met de restanten van zijn eigen vuilniszak is groot.

Ergo: zet als astronaut nooit je vuilniszak buiten…

Beste Michiel,

Erg interessant. Ik heb de link ook maar gelijk gedeeld, educatief verhaaltje..

Goede groet,

Leuk om te lezen.
Zelf dacht ik ook altijd dat in de verre ruimte dus geen zwaartekracht was.
Dit word volgens mij door heel veel mensen.
Misschien een stomme vraag: Maar hoe zit het dan met ruimte afval? Deze zouden dan toch op den duur ‘valsnelheid’ moeten verliezen en op den duur op de aarde terecht komen? Ook al gaat het soms om kleine deeltjes?

Ha Michiel,

Dank voor de goede uitleg! Dat meneer naar de aarde zou storten had ik zelfs met struikelen wel verwacht, maar dat het zweven wordt veroorzaakt door het “voorbij” vallen wist ik niet.

Thanks!

@astroniet
Je doelt op de langrangepunten (wiki). Dat is er niet een, het zijn er zelfs vijf. Maar het is niet zo dat de zwaartekracht van de maan en zon elkaar daar opheffen. Het stelsel draait namelijk (de maan draait om de aarde), dus ook in een langrangepunt val je nog steeds om de aarde, maar nu in een synchroondans met de maan.
Maar verder heb je gelijk.

Tussen de aarde en de maan is een spot waar de zwaartekracht van beide hemellichamen elkaar opheffen. Je moet je wel verplaatsen om in die spot te blijven. Ook al vallen hier maan-aarde-zwaartekrachten weg dan heb je nog te maken met die van de zon, Jupiter enz. Gewichtloosheid bestaat eigenlijk nergens. De hele Melkweg zit in een grote rivier sterrenstelsels die naar een punt ver weg wordt gezogen.

Zwak of niet, de zwaartekracht van de maan zorgt voor metershoge bergen water op de wereldzeeen. Afwijkingen in de aardkorst zorgen ook voor niveauverschillen waardoor je op sommige vaarroutes bergop moet varen. Zelfs als er geen golfje te zien is.

Wow! Thanks for the info Michel. Dit wist ik niet. Ik denk ook al 43 jaar lang dat het een gebrek aan zwaartekracht is waardoor astronauten zweven. Yes, kan ik weer de slimme kop uithangen bij mijn kinderen en op m’n werk. Thanks!

Ps It makes sense. Bij die gewichtloosheid simulatie vluchten gaan ze ook pas zweven als het toestel een duikvlucht omlaag maakt.

Geef een reactie

Your email address will not be published. Required fields are marked *

© 2011 TU Delft