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Blackpuma

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Blackpuma

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Beitrag 111333 , Verhältnis Schub zu Gewicht [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 11:04]

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Hallo!

Wie funktioniert das genau mit Schub und Gewicht. Wenn ich eine Kraft von 1kN habe wieviel Gewicht kann ich damit heben.

Also wenn ich eine Rolle habe. An einer Seite zieht eine Kraft mit 1kN. Wieviel Gewicht kann auf der zweiten Seite hängen damit es in der Waage bleibt?

Wie ist das Verhältnis von Gewicht zu Schub bei einer Rakte bzw. wie groß sollte es mindestens sein?

LG
Blackpuma

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Neil

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Beitrag 111335 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 11:29]

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Hi,

bei dem Beispiel mit der Rolle willst du ein Gleichgewicht haben. Das bedeutet, die Kraft von 1kN die du da hast hält genau ein Gewicht in der Höhe das ebenfalls 1kN Kraft erzeugt. Wie macht die Masse das aber? DIe Masse braucht dafür die Erde mit der Anziehungskraft. Diese läst sich berechnen wie folgt

F = m * a
Kraft = Masse * Beschleunigung

Die Masse steht zwar still, wird aber in Wirklichkeit in Richtung Erdkern beschleunigt. Einzig dein Seil hält es davon ab schneller zu werden. Wie groß ist diese Beschleunigung? Das hängt von dem Himmelskörper ab auf dem du das Experiment machst. Auf der Erde sind es ca. 9,81m/s^2. Mit diesem Wert und deiner Kraft kannst du jetzt die Masse ausrechnen die bei deinem Experiment in der Schwebe bleiben soll. Dazu mußt du die Formel so umstellen, das die Masse alleine auf einer Seite steht.

m = F / a

Wir setzen Werte ein

m = 1kN / 9,81m/s^2

Da müssen wir aber mit den Einheiten aufpassen. Die Kilo in den kN müssen weg.

m = 1000N / 9,81m/s^2 = 101,9 ?

Ja was für eine Einheit ist das? etwa Ns^2/m? Wenn wir nachschauen ist ein N = kgm/s^2. Somit kürzen sich die Einheiten auf kg zusammen und wir können ruhig schlafen.

So du weißt jetzt also das eine Kraft von 1kN eine Masse von ca. 101,9kg bei deiner Seilkonstruktion in der Schwebe hält. Das gleiche macht auch ein Raketenmotor mit einem Schub von 1kN und einer Rakete von 101,9kg Gewicht (Masse wäre besser). Das aber viel spektakulärer big grin.
Was passiert wenn dein Motor nicht 1kN hat sondern 2kN und deine Rakete aber die gleiche Masse?
Wir rechnen.

a = F/m

a = 2000N/101,9kg = 19,62 m/s^2

Du siehst, das die Beschleunigung doppelt so groß ist. Ist ja auch klar bei doppelt soviel Schub. Da aber deine Rakete ja zu beginn auf einer Rampe steht und diese auf der Erde, müssen wir noch die Erdbeschleunigung berücksichtigen. Das wären diese 9,81m/s2. Die können wir vereinfacht abziehen, weil diese ja in die entgegengesetzte Richtung wirkt wie wir eingentlich fliegen wollen.
Also wird die Rakete mit 9,81m/s^2 nach oben von der Erde weg beschleunigt. Ist das viel? Rechnen wir die Geschwindigkeit aus die die Rakete nach 10s hätte.

v = a * t

Geschwindigkeit = Beschleunigung * Zeit

v = 9,81m/s^2 * 10s = 98,1 m/s

wie man sieht streichen sich die Sekund weg und es bleibt m/s übrig. Das kann man in km/h umsetzen

98,1m/s * 3,6 = 353,16km/h

Meine Frage an dich, welche Einheit muss die 3,6 haben damit aus m/s km/h werden?

Gruß

Neil


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Brzelinski

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Beitrag 111340 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 12:02]

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1 kN = 1000N => ca. 100 kg = 100000g

Auf der Erde braucht man zum Start einer Rakete von 100 g eine Kraft von ca. 10 N = 10 Newton.

Geändert von Brzelinski am 11. Januar 2007 um 12:34

Blackpuma

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Beitrag 111347 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 13:27]

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Also das verhältnis ist 10:1 (Schub : Gewicht)

Ich komm net drauf was des für eine einheit hat. Ich denke aber das hat keine Einheit! Das ist einfach so.

Danke auf jeden Fall für das Rechenbeispiel.

Geändert von Blackpuma am 11. Januar 2007 um 13:27


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Beitrag 111349 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 13:54]

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Hi,

das Verhältnis ist im Prinzip nur eine Faustformel. Da geht zu einem die Erdbeschleunigung rein, die ja ganz grob 10m/s^2 ist. Was aber viel wichtiger ist, und da ist der Hacken an der Formel, Gert geht davon aus, das eine Rakete dann sicher gestartet werden kann, wenn diese ungefähr 10g Beschleunigung erfährt. 10N für 0,1kg sind 100m/s^2 Beschleunigung oder ungefähr 10g. Damit wird die Rakete sehr schnell auf eine Geschwindigkeit gebracht die sie selber durch die Flossen stabilisiert.
Das es auch anders geht, zeigt z.B. der Space Shuttle der startet nur mit 3g also ein Verhältnis von 4:1 (wir müssen ja die Erdbeschleunigung abziehen). Mit dieser Formel bist du auf der sicheren Seite, aber auch sehr stark übermotorisiert. Wenn du langsame Starts haben willst, muss du das Verhältnis herunter setzen was dann allerdings eine längere Rail zur Folge hat.

Gruß

Neil

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Blackpuma

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Beitrag 111354 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 14:12]

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Ja das Spaceshuttle kann langsam starten weil es sich durch die lenkbaren Düsen gerade hält oder?

Also wenn man einen Motor hat der lange brennt könnte man sowas ja mal in Erwägung ziehen oder?

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J.Boegel

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Beitrag 111370 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 18:03]

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Yo, nennt sich Schubvektorsteuerung.
Da gabs auch vor kurzer Zeit mal ein Fred zu. Ich hatte auch mal sowas im Kopf. Dazu brauchst Du aber Brennzeiten die jenseits von gut und Böse sind, ich wüßte nicht wie man das greifbar realisieren sollte.

Kommt halt auch drauf an was man machen möchte. Ichhatte mal dran gedacht eine V2 (1,20-1,70) "real" abheben zu lassen. 10 Sekunden schwache Brennzeit um evtl. 60 Meter zu erreichen aber halt in Orginalgeschwindigkeit.
Dazu könnte man die Motorgondel recht einfach hin- und herschwenken.

Gruß Jens

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Beitrag 111375 [Alter Beitrag11. Januar 2007 um 18:56]

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Raketen mit Schubvektorsteuerung wurden schon mehrfach realisiert. Ich kenne ein Video aus dem englischsprachigen Raum, und Jürg hat dazu seine Diplom(?)-Arbeit geschrieben (auch mit fliegender Rakete, IIRC).

Der Shuttle hebt übrigens nur mit 1,4:1 ab (in Geschwindigkeit werden also nur 0,4 g umgesetzt), bei Brennschluss der Flüssigtriebwerke (wenn also fast keine Masse, aber noch viel Schub da ist), beträgt das Schub:Gewicht-Verhältnis rund 4,5:1.

Oliver
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