Ruimtelift: Gravitatiekracht en Fmpz
Tim stelde deze vraag op 06 mei 2022 om 00:12. Kan iemand mij uitleggen wat hier het antwoord van is? Misschien dat iemand de krachten kan intekenen zodat het duidelijk wordt?
Alvast bedankt! groetjes Tim
Reacties
Jaap
op
06 mei 2022 om 00:55
Dag Tim,
Massa B voert een eenparige cirkelbeweging om de aarde uit, met dezelfde omlooptijd als een geostationaire satelliet. Hiervoor is nodig dat er een middelpuntzoekende kracht Fmpz op B werkt. Fmpz wordt geleverd door… tja, door wie of wat?
De kabel is langer dan de geostationaire hoogte. Gevolg: is de gravitatiekracht van de aarde op B voldoende om de vereiste Fmpz te leveren?
Wie of wat kan indien nodig de rest van Fmpz op B leveren?
De kabel trekt met een spankracht Fsp aan B. Welke kracht (van wie op wat?) vormt volgens de derde wet van Newton een krachtenpaar met Fsp?
Wat doet dat met de kabel?
Het gaat hier om vraag 6 van het centraal examen vwo 2016, tijdvak 1, opgave 'Ruimtelift?'.
Aandachtspunten bij zo'n leg-uit-vraag:
• gebruik vaktermen zoals krachtenpaar, vereiste middelpuntzoekende kracht
• gebruik van figuur 1 en 2 is vereist, want dat staat in de vraag
• noteer hele zinnen en vermijd afko's
• verbind de logische elementen met 'daarom', 'zodat', 'het gevolg is'
• sloof je uit want je wilt drie punten verdienen
• je krijgt geen punten voor hetgeen je erbij denkt zonder het op te schrijven
Groet, Jaap
Massa B voert een eenparige cirkelbeweging om de aarde uit, met dezelfde omlooptijd als een geostationaire satelliet. Hiervoor is nodig dat er een middelpuntzoekende kracht Fmpz op B werkt. Fmpz wordt geleverd door… tja, door wie of wat?
De kabel is langer dan de geostationaire hoogte. Gevolg: is de gravitatiekracht van de aarde op B voldoende om de vereiste Fmpz te leveren?
Wie of wat kan indien nodig de rest van Fmpz op B leveren?
De kabel trekt met een spankracht Fsp aan B. Welke kracht (van wie op wat?) vormt volgens de derde wet van Newton een krachtenpaar met Fsp?
Wat doet dat met de kabel?
Het gaat hier om vraag 6 van het centraal examen vwo 2016, tijdvak 1, opgave 'Ruimtelift?'.
Aandachtspunten bij zo'n leg-uit-vraag:
• gebruik vaktermen zoals krachtenpaar, vereiste middelpuntzoekende kracht
• gebruik van figuur 1 en 2 is vereist, want dat staat in de vraag
• noteer hele zinnen en vermijd afko's
• verbind de logische elementen met 'daarom', 'zodat', 'het gevolg is'
• sloof je uit want je wilt drie punten verdienen
• je krijgt geen punten voor hetgeen je erbij denkt zonder het op te schrijven
Groet, Jaap
Theo de Klerk
op
06 mei 2022 om 01:14
De vraag is wat gammel: "met de aarde meedraait" is ongetwijfeld "waarbij B boven hetzelfde punt op aarde blijft". Dus ook synchroon is.
Om in zo'n cirkelbaan te zitten moet je een bepaalde mpz kracht hebben, mv2/r = m (2πr/P)2/r = 4π2r/P2 ofwel F∝ r als P = omwentelingstijd van de aarde.
De aantrekkingskracht van de aarde neemt af: F = G Mm/r2 ofwel F ∝ 1/r2
Dat zie je in de grafiek weergegeven:
Minder hoog heb je voor een cirkelbaan minder kracht nodig: de zwaartekracht is groter. Er blijft dus nog zwaartekracht over nadat een deel gebruikt is voor de cirkelbaan. Dat blijkt ten duidelijkste voor alles wat op aarde staat: we draaien met de aarde mee, maar het grootste deel van de zwaartekracht zorgt dat we aan het oppervlak getrokken worden en daarop gewicht uitoefenen. De zwaartekracht door de aarde als geheel is echter groter dan wat we als gewicht uitoefenen! Een voorwerp B aan een touw verbonden met aarde valt gewoon neer. Het touw is "slap".
In het geostationaire punt zal bij voorwerp B dat aan een touw verbonden is het touw net-niet-slap hangen. Diens spankracht is 0 N. Maar het kan ook weggelaten worden: de zwaartekracht zorgt er precies voor dat B een cirkelbaan beschrijft met de aardse omwentelingsperiode.
Voorbij het geostationaire punt is de zwaartekracht onvoldoende om voldoende kracht voor een cirkelbaan te leveren. Zonder touw zou voorwerp B achterblijven bij de aardrotatie en vanaf aarde gezien achteruit bewegen (Wet van Kepler: T2/r3 = constant maar T is niet meer 24 uur bij die grotere waarde van r). Om boven hetzelfde punt te blijven is een extra kracht nodig die ervoor zorgt dat de nodige Fmpz wordt behaald. Dus aanvult wat Fg te weinig levert. Dat kan alleen door de spankracht van het touw: het staat dus strak.
Om in zo'n cirkelbaan te zitten moet je een bepaalde mpz kracht hebben, mv2/r = m (2πr/P)2/r = 4π2r/P2 ofwel F∝ r als P = omwentelingstijd van de aarde.
De aantrekkingskracht van de aarde neemt af: F = G Mm/r2 ofwel F ∝ 1/r2
Dat zie je in de grafiek weergegeven:
- Fg neemt af met een factor evenredig met 1/r2
- Fmpz neemt lineair toe met r
Minder hoog heb je voor een cirkelbaan minder kracht nodig: de zwaartekracht is groter. Er blijft dus nog zwaartekracht over nadat een deel gebruikt is voor de cirkelbaan. Dat blijkt ten duidelijkste voor alles wat op aarde staat: we draaien met de aarde mee, maar het grootste deel van de zwaartekracht zorgt dat we aan het oppervlak getrokken worden en daarop gewicht uitoefenen. De zwaartekracht door de aarde als geheel is echter groter dan wat we als gewicht uitoefenen! Een voorwerp B aan een touw verbonden met aarde valt gewoon neer. Het touw is "slap".
In het geostationaire punt zal bij voorwerp B dat aan een touw verbonden is het touw net-niet-slap hangen. Diens spankracht is 0 N. Maar het kan ook weggelaten worden: de zwaartekracht zorgt er precies voor dat B een cirkelbaan beschrijft met de aardse omwentelingsperiode.
Voorbij het geostationaire punt is de zwaartekracht onvoldoende om voldoende kracht voor een cirkelbaan te leveren. Zonder touw zou voorwerp B achterblijven bij de aardrotatie en vanaf aarde gezien achteruit bewegen (Wet van Kepler: T2/r3 = constant maar T is niet meer 24 uur bij die grotere waarde van r). Om boven hetzelfde punt te blijven is een extra kracht nodig die ervoor zorgt dat de nodige Fmpz wordt behaald. Dus aanvult wat Fg te weinig levert. Dat kan alleen door de spankracht van het touw: het staat dus strak.