題:
如果微重力卡住大量漂浮的微型應急推進裝置
uhoh
2016-09-28 18:48:34 UTC
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SXSE 您可以在太空游泳嗎?和Physics SE 如何在沒有重力的情況下逃離房間中心? [已關閉] 都解決瞭如何在微重力中漂浮在體積的中心而漂浮時如何移動的問題。出於這個問題的目的,比方說最近的東西現在在100米外。

由於我一直都很擔心這一點,因此我想製造一個非常小的設備,可以讓我的人保持在可以幫助我安全扎到牆上的掛繩或腳踝帶。儘管根據回答應該可以自然逃脫,但我想使用一種設備。

我的小型設備應該如何工作?我希望它盡可能小巧輕巧。

基本上是應該是激光,風扇,微小的壓縮氣體儲罐,磁鐵還是大氣離子推進器,或者是可以賄賂別人幫助我的捲起的100美元鈔票?

,什麼是最小,最輕的技術設備,它可以在正常的大氣中在10分鐘之內將普通人推入100米的距離?

將來我將它們出售給太空遊客,因此需要自行推進。太空度假者將期望在低重力的情況下更輕鬆地出行。大力揮舞粉絲不會吸引他們。

如果那些錄音帶走了您的衣服,為什麼他們會讓您離開設備呢? ;) 開玩笑。這是一個好問題。
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Riiight,知道了;)
現在看來,100美元的鈔票是最好的選擇。它可能比第二好選擇的風扇輕。
HTTP://free fall.purr死啊.com/方法900/F V00900.htm
@hobbs榮幸地接受您的評論作為虛擬答复!
我相信Lauren Bacall在很多年前就回答了。它可能需要一段時間,但它是內置的並且不需要額外的電源.https://www.youtube.com/watch?v = VBk79X3rMyc
您總是可以隨身攜帶那些Lysol罐頭。
這感覺更像是WorldBuilding.SE問題,而不是SpaceExploration.SE問題。
@jpmc26最好的答案之一是氣球,默認答案是小風扇-電動或手動。哪些WorldBuilding問題有這樣的答案?我們在LEO中已經有微重力的人了很長時間,這是類似的情況,但是體積稍大。
首先,您將如何陷入空間的中間?您需要一些力量才能使您在那裡休息。
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九 答案:
Organic Marble
2016-10-05 03:35:36 UTC
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我找到了一個現實的測試。當STS-96停靠在ISS上時,丹·巴里(Dan Barry)嘗試了該方法。我已經從“ 航天飛機:頭20年”一書中掃描了他的帳戶。

tl; dr-他因扔衣服而逃脫了

enter image description here

啊哈-第一手資料。我以某種方式想像到,在ISS上總會有很多東西要抓住-我沒有意識到這一切都有發生的可能。如果氣流模式在同一點處為零或工作不正常,甚至可能會有些危險。希望這樣的完美風暴永遠不會真正發生!很好的發現,謝謝!
注意遺漏了*哪些衣服被扔了*!
很好的發現。這種危害比先前評估的更為嚴重/威脅生命。 Esp,在空調停機時進行CDF分析的需求,因為無論如何在復雜結構中都會出現氣流不足的區域。文字說呼吸/吐痰/打噴嚏不起作用。因此,從理論上講,如果您是赤裸裸的,被困在空氣中,沒有空氣流通,膀胱/腸子中沒有任何液體/物體,空調掉落了,則您希望/需要將衣物扔掉……否則便會遇到麻煩只有法律,甚至是物理部門。
Azendale
2016-09-29 07:10:23 UTC
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如果您只是隨身攜帶了幾個未充氣的氣球該怎麼辦?

如果您被卡住,請給氣球充氣,然後將其保持在重心附近,將其對準您,放出空氣重複直到您將它放到牆上。

有趣的是,未充氣的氣球足夠輕,您甚至可以準備幾個備用輪胎。

這是一個天生的簡單想法。需要推進力嗎?製造火箭!用肺等做功,然後用噴嘴引導膨脹的氣體。優雅的。
這比只是呼吸快嗎?
您根本不需要氣球。將頭對準腳並吸氣。將頭向後傾斜,並用力快速吹出。重複。您會發展一些自旋,但最終會陷入困境。
@Innovine這是鏈接問題中的自然回答方式,OP專門要求提供一種設備。
UIDAlexD
2016-09-28 19:29:33 UTC
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為比較起見, SAFER是3m / s-dV壓縮氣體的樣子。我懷疑您是否可以隱藏它。

手扇是您最好的選擇,因為與其他所有選項不同,手扇不會承載自己的反應質量(好吧,如果您可以給電池打電話的話)激光指示器“反應質量”。)它們不會特別快速地移動空氣,但是與壓縮氣體/迷你離子選件相比,它們將在相當長的時間內移動較大的空氣。

實際上,風扇是一個很好的選擇,許多飛機使用按比例放大了版本,以實現高效的推進力。

本著問題的精神,讓我們找到最簡單的選擇。

我們需要在600秒(10分鐘)內覆蓋100米。這意味著我們需要的速度為

$ 100m / 600s \約0.16 m / s $

如果您是職業棒球選手怎麼辦?世界紀錄的俯仰速度約為40 m / s,因此這似乎是一個不錯的起點。讓我們假設您也一直有一個球。

假設您瘦了一點,大約60公斤,球又有點重,大約150克,

$$ 150 g / 60 Kg = 0.0025 $$

球將獲得99.75%的速度,而您只有0.25%。

$ 0.0025 * 40 m / s = 0.1 m / s $$$$$ 100 m / 0.1 m / s = 1000 s $$$$ 1000 s \約16.6 \分鐘$$

所以我們走得太快了,但是我們會在一個刻鐘後到達那裡。如果您想在10分鐘之內到達那兒,則扔一些更重的東西,或嘗試打破投球速度的世界紀錄。您也可以在被困之前節食,但這需要一些驚人的遠見。

太棒了!但我要的是一種*可以安全推動我*的設備。它需要做的工作。我把它拿出來,以某種方式推動了我。您還需要考慮一些其他事項。 1)如何快速投擲棒球-直接遠離您的重心。您必須將其從胃中推出,否則您會無奈地摔倒幾個小時2)您可能會制動一些重要的東西,使棒球會繼續從牆壁上彈起直到它彈跳出來,並且如果您的身體呈球形,那可能成為你!您不能阻止它,因為-記住-您正在瘋狂翻滾!
另外,即使是棒球,也很難藏在您的“頭髮”中。並非沒有可能,但對於OP來說也許並不舒服。
阻力呢?
在這種情況下,以低速移動大量物體(或大量空氣)將是最有效的,反之亦然。
Keith McClary
2016-09-29 05:47:32 UTC
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找出降落傘,當降落傘到達繫繩末端時會彈出。迅速將其拉回原處,這會給您帶來動力(比撲落降落傘所需的時間還多)。它可以兼作斗篷,頭巾,纏腰布或mumu。

像[海錨](https://en.wikipedia.org/wiki/Sea_anchor)或[drogue](https://en.wikipedia.org/wiki/Drogue),可以非正式地稱為“太空錨” “ 也許。我非常喜歡這個-它沒有耗盡的電池。使用先進的材料捲起來時,它可能非常輕巧而且很小,但是隨後您需要找到一些鎮流器以使其附著,因此由於空氣阻力,它在停止之前實際上會走一段距離。甚至可能還有一個公式來計算移動100米所需的次數。
Dan Pichelman
2016-09-28 19:20:57 UTC
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這裡有兩個(壞)主意:

  • 從100m的繩子中拉出花邊皮帶,並確保帶扣具有磁性。脫下皮帶,解開結,然後套索一些東西。

  • 使用幾個手扇。它們相當容易隱藏,應該比您的肺部移動更多的空氣。

  • 攜帶小型收音機並尋求幫助。如果您是惡作劇的受害者,這可能不會起作用,但您永遠不會知道。

我不會打擾一箱壓縮氣體-太容易了耗盡燃料。

同樣,巨大的電磁體足以將您吸引到目標位置,可能有點不切實際並且很難隱藏在頭髮中。

您為什麼要擔心燃料不足?除非隔間完全*巨大*,否則您只需要在最近的牆壁的大致方向上輕輕推動即可。當然,將對所含空氣產生摩擦,但即使隔室跨度為數十米或數百米,也沒有什麼地方構成重大問題。
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這是一個很好的觀點!我看到馬特·達蒙(Matt Damon)和桑德拉·布洛克(Sandra Bullock)在他們的電影中必須付出多大的努力,嘿!湯姆·漢克斯(Tom Hanks)使它看起來更輕鬆,但他還有額外的推進器。啊-您的意思是真正的手搖風扇,而不是電池驅動的風扇。那是個很好的觀點。將來-當我們在200米的球形空間中充滿微重力的空氣時,將出現先進的,可折疊但超硬的材料。除了開張$ 100的鈔票外,您還可以展開(或展開)鈔票。我非常喜歡那個東西,但是我正在尋找最好的東西,它可以提供所需的任何力量-存儲或收穫它。
Floris
2016-09-29 19:58:17 UTC
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如果您需要能夠在10分鐘內覆蓋100米,並且您的體重為70公斤,那麼您所能承受的最小動量為$ 70 \ cdot \ frac {100} {600} \ approx 12 \ rm {〜kg〜m / s} $。假設您有一個專業的棒球投手的手臂,可以以高達160 km / h(45 m / s)的速度投擲145克的球,我們看到您必須隨身攜帶兩個棒球(或物體)等效質量)。這就是為什麼隨身攜帶一個非常小的可折疊風扇會變得更具吸引力的原因-如果您可以移動周圍的空氣,則不需要負擔所有的重量。

一個簡單的手持風扇可能會給直徑為20 cm的磁盤上的最大空氣速度為2 m / s。這樣的風扇每秒可移動75克空氣,淨力為0.15 N;將該力施加到75公斤的身體上,您將以a = 0.002 m / s $ ^ 2 $的速度加速。這意味著在10分鐘內,您可以覆蓋$ \ frac12 at ^ 2 = 380 m的距離,這足夠了。

區別在於您的風扇利用了周圍的空氣質量您。這就是為什麼火箭是如此之大的原因-它們不僅必須攜帶燃料,而且從本質上說,它們的推進完全是從尾管上散落質量的結果。當您可以在周圍移動媒體時,您會更有效率。

請注意,一罐“緊急空氣”不會再給您您想要的結果。重要的是質量和速度的令人討厭的乘積...

關於功率問題:如果我們假設電動機的效率為25%,則電力必須是空氣動能的四倍。每秒被移動。因此電機功率必須為$$ P = 4 \ cdot \ frac12 m〜v ^ 2 = 2 \ cdot 0.075 * 4 = 0.6 \ rm {〜W} $$

將其累積10分鐘將需要0.1 Wh的能量。

一個帶有雙AA尺寸電池的小型便攜式風扇將具有約1600 mAh * 3.0 V = 4.8 Wh的容量。這是您需要的48倍。請注意,隨著風扇的面積變小,相同動量所需的功率會增加(基本上,您需要更高的速度,需要更少的空氣)。這種方法在進一步小型化方面有一定的餘地-我將由您自己決定具體細節。順便說一句,這就是為什麼贏得西科斯基挑戰賽的人用“直升機”的轉子直徑為10米...

我喜歡這種答案-定量分析與洞察力相結合。如果電池耗盡,風扇可能會帶有飛輪和拉繩,就像玩具陀螺儀一樣。但是,如果是電池,您能估算出毫安小時嗎?是小電池還是大電池?如果我打開薄的光伏板,是否可以用室內照明燈供電?
@uhoh-我已經更新了答案。一小塊電池就足夠了。
哇!我認為這是非常重要的結果。
Rob
2016-09-28 20:32:34 UTC
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您的問題需要非常低的速度。在10分鐘內100米的速度為0.166m / s。

根據我的計算,使用$ Ek = \ frac 1 2 mv ^ 2 $,假設您的體重為80kg,則需要1.10224J的能量。如果您的人身上有東西可以以5m / s的速度甩開,則重新排列方程式將得出以下結果:

$ m = \ frac 2 {v ^ 2} Ek $

$ m = \ frac 2 {5 ^ 2} 1.10224J = 0.088kg = 88g $

我相信這次編輯的值和單位是正確的,因此我認為88g仍然很低,

您可能隨身攜帶的任何其他設備也可以用來幫助您逃脫。正如UIDAlexD所說,風扇可以工作,但只要將風扇從您身上甩開,就足以使您行動起來。

您的算術與我的算術大不相同。到家時,我會同時檢查兩者。
您似乎在需要焦耳的地方插入了千焦耳的值,因此您的係數減少了1000。
我要的是一個*可以安全推動我*的設備。 @called2voyage找出了沒有衣服的部分,但是我意識到我沒有明確提及它(在鏈接的問題中)。但是我需要我能握住的東西,它們會產生推動力,而不是拋擲。
是的,實際上是0.88公斤,而不是0.88克。這就是為什麼在您的計算中幾乎總是一個好主意的原因:http://www.wolframalpha.com/input/?i=2%2F(5+m%2Fs)%5E2+%2A+0.011+kJ
@Peteris-我認為千焦耳只是一個單位誤差,因為我將其插入等式中,因此該誤差消除了。再次查看UIDAlexD的答案,我的錯誤是在第一步中確定了所需的速度,而我卻差了10倍。這大大改變了答案。我的答案是讓某人在100分鐘內行駛。
我會為您提供數學方法的要點!但是我很好奇,在這樣的計算中應該保留的動量是-$ m_1 v_1 \ = \ m_2 v_2 $嗎?
@uhoh是的,您是對的。在這種情況下,勢頭得以保留。羅伯似乎將所有這些計算都基於錯誤的假設,即彈丸的總動能必須與投擲者的總動能相同,這是不正確的。在這種情況下,``m''的正確結果實際上是2.656千克:http://www.wolframalpha.com/input/?i=((80 + kg)+%2A + 0.166 + m%2Fs)+%2F +( 5 + m%2Fs)
@Ajedi32,是的,我得到的結果是一樣的。能量可以提供有關推進效率的線索,但此處未假定它是保守的/分佈的。抱歉,Rob,這個答案是錯誤的!
Russ Reed
2016-10-05 13:24:14 UTC
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一種較小的相對便宜的設備(如指定),該設備將不使用一種動力而是使用幾種形式的動力,因此可以在多種情況下使用。我首先要有一個可靠而有能力的電源……就像一個不錯的起動器鋰聚合物蓄電池。那將是您使用該設備的基礎。然後使用一種電磁形式,該電磁形式可以像自拍杆一樣延伸到很短的長度上...讓您可以在附近的環境中找到一個磁性互補物以吸引它。如果受到運動的影響,則選項(B)將是一小罐消耗性惰性氣體(如CO2或氦氣),用於難處理的情況,在這些情況下您會真正地被困住,而沒有其他任何東西來幫助您的機動性。裝在飛鏢上(在伸縮繩上),並在其業務端裝有吸盤,粘性粘墊或掛鉤裝置...我認為您可以應對大多數微重力沉降現象(尤其是如果您的小型救援包也裝有小型氣動活塞泵的話)可以用來將周圍的任何環境氣體壓縮到倒空的氣體容器中,如果您已經用盡了壓縮氣瓶,則可以獲得足夠的更換推力)

GreenFox
2016-09-29 04:42:49 UTC
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用嘴呼吸,並從鼻孔產生推力,繼續直到逃脫危險

提供外部刺激劑穿過鼻毛到達鼻粘膜,使鼻粘膜觸發受控的上身肌肉定向運動(以最快的速度獲得結果)。

老實說,他不明白為什麼要投反對票,但這是細節。

人體氣流動力學噴氣式飛機:打噴嚏和呼吸

“緊急強迫鼻孔推力發生器”的目的是提供可控制的方向推力,僅使用人體運動即可。

從該期刊提供的圖像中可以看出,利用呼吸積累速度以逃逸的經典理論充其量是無效的,有兩個原因。

1。經典理論似乎沒有保持在微重力狀態下。傳統觀念是,從任何地方呼吸緩慢,集中註意力呼吸,然後離開。 ISS中的空氣/流體運動g表示相反,這是數學公式。假設空氣密度為 p ,口腔的表面積為 A ,並且來自口腔的氣流速度為 u ,則在呼氣時保持以下條件。 -pAu2 $工作會隨著時間的推移而執行。因此,會產生反推力$ pAu2 $向前移動。 儘管從肺部到口腔的氣流遵循單一路徑,但一旦到達口腔外部,無論噴嘴的形狀如何,氣流都會向各個可能的方向散射。除非將入口和出口矢量更改為不同的方向,否則進出的淨體積仍保持不變。如果氣流方向甚至出現視線變化,這都歸因於空氣本身的密度。 (因為在微重力條件下不存在自然氣流。請記住為什麼要打開ISS強制空調?)。簡而言之,當您以微重力呼出空氣時,空氣就坐在那裡,如果您保持朝向同一方向,則不會獲得任何淨推力。您不能依靠外部氣流來推動自己。

與傳統的地球模型相比,流體動力學領域似乎代表了微重力條件下的氣流模型更接近...

2。運動控制問題當我們嘗試使用呼吸作為自我推進方法時,困難在於更改運動矢量。您想在此處盡可能限制身體的運動,同時產生可控制的推力。

鼻孔位於體重的遠端,但朝下,朝向重心,嘴部開口大約成90度角,這使得進,出口在任何給定時間都位於不同的平面上,這是非常理想的特性。產生的推力始終由一個人吸入的空氣來控制。

為什麼我要把一個外星物體舉到鼻子上我們遇到的問題是一個非常真實且可能在緊急情況下發生的情況。在此假設下,僅期望生命支持和其他氣流系統能夠正常工作不是一個好主意(如果它們始終能夠正常運行,您就不會被困住)

“提供外部刺激劑通過鼻毛到達鼻粘膜,使人可以觸發上身肌肉的定向運動”實際上是最快,最有效的方法,可以立即產生推力,以最少的資源撤離危險。 (但我想人們只是以為我在鬼混。)

設計上的理由鑑於這種情況,您實際上只將空氣作為推進劑。兩者之間存在一個已知的工程問題通過機械渦輪發動機提供空氣推力的大小/效率。

這使我們陷入了一個眾所周知的問題,即質量有限,功率有限,在人工驅動的領域中地球上一直在研究的領域飛機設計。

限制的關鍵是要使用盡可能多的人體工程學組件來代替人體,而將人體作為設計的一部分,而不僅僅是

在設計理論推力發生器時,您有兩個選擇(1)將其放在重心上,或者(2)在結構的尖端,將噴嘴指向

使用鼻孔並朝下,老實說,這是一個非常優雅的解決方案,可提供可控的推力一種可以控制的方式。它允許人們用鼻孔和肺部代替噴嘴和空氣推力發生器。

最後一個難題是“受控的上身肌肉運動”,在這裡我有意地做了不要寫打噴嚏,因為那不是我的意思。雖然確實如此,但是提出的MacGyver風格的實驗(使鼻子尖鼓起來)令人不快,這是為了證明人體在何時可能產生多少推力

它看起來很愚蠢,但是我總是對自己的回答很認真。

OP特別要求提供設備。
鏈接的日記根本不支持您的論斷,即在微重力條件下流量會發生顯著變化。關於微重力氣流差異的典型解釋都涉及對流損失(這由重力和密度差異提供動力),但是本文竭盡全力地解釋了呼氣不受對流的影響,因此實際上應該沒有微重力的機制。完全影響呼氣模式。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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