Je leest:

Draaien voor zwaartekracht

Draaien voor zwaartekracht

Auteur: | 27 juli 2004

Gewichtsloosheid ziet er leuk uit, maar er kleven aardig wat problemen aan. Tollende ruimteschepen kunnen de illusie van zwaartekracht scheppen. Geen perfecte vervanger, maar er valt volgens NASA-onderzoekers mee te leven.

Het is een droom zo oud als de mensheid: loskomen van de grond en door de lucht vliegen. Astronauten komen daar het dichtst bij van ons allemaal. In een omloopbaan compenseert zwaartekracht de middelpuntvliedende kracht en kunnen ruimtevaarders zweven. Die gewichtsloze toestand heeft zo zijn nadelen, want alles wat de ruimtevaarders onbeheerd achterlaten – een potlood, een schroevendraaier, een boek of een zwevende bol water – kan zomaar wegdrijven.

Alsof continu op moeten letten waar je je sleutels neerlegt niet genoeg is, krijgt één op de twee ruimtevaarders ook nog eens last van ruimteziekte. Die misselijkheid lijkt wel wat op het gevoel dat sommige passagiers tijdens een rit in de bergen krijgen. Het binnenoor raakt ontregeld en dat orgaan reguleert normaal ons evenwicht aan de hand van de zwaartekracht. Alle ruimtevaarders ondergaan nog ingrijpender veranderingen: vloeistof in het lichaam verdeelt zich anders dan op aarde en dat kan problemen leveren bij terugkeer naar de grond. Door gebrek aan oefening verslappen spieren en ontkalken de botten. Een mixed blessing, zweven in de ruimte. Is er iets aan te doen?

Gewichtloze kinderen aan boord van NASA’s Vomit Comet, een boeing die van zo’n 10 kilometer hoogte in vrije val binnen 23 seconden naar de aarde duikt. Scherp optrekken onderaan de paraboolbaan en steil terugklimmen voor de volgende valbeweging geven het vliegtuig zijn bijnaam. bron: NASA

Kunstmatige zwaartekracht

Tot iemand uitvogelt hoe de bemanning van de Enterprise of Millenium Falcon kunstzwaartekracht opwekt, is er eigenlijk maar één zinnige oplossing om gewichtloosheid tegen te gaan. Continu de raketmotor laten branden kost enorm veel brandstof, maar het ruimteschip aan het draaien brengen kost alleen de energie van het opzwengelen. Centrifugaalkrachten duwen de bemanning tegen de buitenwand van het schip aan. Maar bij die schijnzwaartekracht blijft het niet: draaien heeft wel meer bijeffecten.

Illusies van kracht

We leven in een wereld vol schijnkrachten. Newton’s eerste wet zegt het al: voorwerpen waar geen kracht op werkt bewegen ongehinderd rechtdoor. Op onze rondtollende aarde lijkt het alsof die beweging wordt afgebogen, maar het zit precies andersom: wij draaien weg van een voorwerp dat rechtdoor beweegt.

Om de beweging in ons draaiende eenhedenstelsel te verklaren moeten we hulpkrachten gebruiken. Een hamerslingeraar op de Olympische Spelen is een goed voorbeeld van zo’n perspectiefwisseling. Zelf ziet hij tijdens het rondtollen zijn hamer op hetzelfde punt ‘hangen’: in het verlengde van zijn arm. De kracht die hij van de hamer voelt, wijst van hem af: de middelpuntvliedende kracht. De hamer zelf voelt juist een kracht die hem van zijn rechte baan afhoudt: de middelpuntzoekende kracht. Die heeft precies de omgekeerde richting en zelfde grootte als de kracht die de slingeraar voelt.

Hamerslingeraar in actie. bron: Spokane Country Fair, Havana

Wat minder voor de hand liggend is de Corioliskracht. Die werkt alleen op voorwerpen die in het draaiende stelsel bewegen. Probeer maar eens een bal te gooien terwijl je op een draaimolen zit: vreemde krachten trekken aan je arm en de bal zal met een rare boog wegvliegen. (Zie de films bij twee van de links onderaan dit artikel.) Allemaal omdat je zelf een rondje draait. Op aarde voelt vooral bewegende lucht het Coriolis-effect: door die kracht krult wind om een lage- of hogedrukgebied heen. Het is trouwens een fabeltje dat de Coriliskracht het water rond een afvoerputje doet tollen: de kracht is te klein om op die kleine schaal en lage snelheid effect te hebben.

Bal gooien op een draaimolen. Het kind probeert de camera te raken, maar de Corioliskracht trekt de bal naar rechts.

Kunnen astronauten aan boord van een tollend ruimtestation wennen aan de schijnkrachten? Om dat te testen bouwden James Lackner en Paul DiZio een ronddraaiende kamer waarin proefpersonen tests moesten doen. Simpele tests, zoals op een knopje duwen. De rechtlijnige beweging die we daarvoor normaal gebruiken wordt in de draaiende kamer afgebogen; de Corioliskracht aan het werk. De eerste 10 à 20 keer gaat het fout, maar daarna pasten de proefpersonen zich aan en konden feilloos de hand naar het doel bewegen.

Het lijkt erop dat de hersenen zich prima aan kunnen passen aan een ronddraaiende woning. Sterker nog: de proefpersonen meldden dat ze de schijnkracht na een tijdje niet eens meer opmerkten. Hun hersens corrigeerden er automatisch voor. Toen ze eenmaal uit de kamer stapten, hadden de proefpersonen zelfs het idee dat ze krachten voelden die er niet waren. De hersenen corrigeerden nog steeds ongemerkt voor de Corioliskracht. Na een paar minuten trok het vreemde gevoel weer weg.

Lackner en DiZio denken, dat de hersenen gewend zijn om met schijnkrachten te werken. Elke keer dat we ons snel omdraaien tollen onze armen namelijk rond; elke keer dat je op een bureaustoel ronddraait en je koffie probeert te pakken. Vergeleken met zulke korte en veranderlijke draaibewegingen, denken de twee, is leven in een rondtollend ruimtestation een peuleschil.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 27 juli 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.