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[SF: Redshift] Schiffsdesign und Technologie

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Camouflage:

--- Zitat von: Eulenspiegel am 28.07.2008 | 19:29 ---Das kommt auf die Relativbewegung der einzelnen Gasteilchen an.
Bei festen und flüssigen Stoffen werden die Atome zusammengehalten, auch wenn sie eigentlich in verschiedene Richtungen fliegen wollen.
Bei einem Gas fliegt jedes Atom in seine Richtung, ohne auf die anderen Atome Rücksicht zu nehmen.
Es ist also die Frage, in welche Richtung die einzelnen Atome fliegen.
--- Ende Zitat ---
Selbst ein einzelnes Elektron in einem Teilchenbeschleuniger wird durch thermische Bewegung von seiner Kreisbahn abgelenkt. Thermische Bewegung ist ein Zufallsprozess, der sich nur stochastisch beschreiben läßt.

Außerdem, was passiert auf der Erde, wenn etwas verdampft? Richtig, der Dampf breitet sich aus, weil er mehr Volumen einnimmt als vorher. Und er tut das sogar gegen einen Umgebungsluftdruck, der dem Ganzen entgegenwirkt. Was passiert, wenn etwas im Vakuum verdampft? Es explodiert, da der durch die thermische Bewegung hervorgerufenen Volumenänderung gar keine Kräfte mehr entgegenwirken und schlicht die meisten Bewegungsimpulse zur Mitte der Wolke durch Kollision der Teilchen in weitere thermische Energie umgewandelt werden, so daß in der großen Überzahl nur die Bewegungsimpulse nach außen erhalten bleiben.

Oder, um es mal weniger hochtrabend auszudrücken:
Jedes Gas ist bestrebt sich so lange auszubreiten, bis gegenüber der Umgebung ein Druckausgleich stattgefunden hat, je höher der Druckunterschied, desto stärker wird der Effekt. Was denkst Du denn, wie eine Detonation funktioniert? Man nimmt einen Feststoff und löst in diesem eine Reaktion aus, die ihn spontan in einen oder mehrere gasförmige Stoffe zerfallen läßt, die dann ein Vielfaches des vorherigen Volumens benötigen. Die ganze Hitze etc. ist nur eine Nebenprodukt des spontan entstehenden Drucks.


--- Zitat ---1) Der Sonnenwind ist elektrisch geladen. Daher wird er auch an der Ionosphäre abgelenkt.
Daher ist das Magnetfeld der Erde auch so wichtig: Ohne Magnetfeld der Erde, könnte die Ionosphäre uns nicht so gut vor den schnellen Sonnenwinden schützen.

Aber die Railgeschosse sind ja nicht ionisiert. Die Ionosphäre und das Magnetfeld der Erde lenken diese Geschosse also nicht ab.
--- Ende Zitat ---

Dir ist geläufig, daß einer der Effekte, den HE-Laser aus gasförmige Stoffe haben, darin besteht, sie zu ionisieren, da ab einem gewissen Maß an thermischer Energie die Elektronen frei werden?

Dir ist auch geläufig, daß Dinge, die von außen mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre eindringen üblicherweise durch die dabei entstehden thermischen Energien ionisiert werden?

Und da ja schon das Stichwort Plasma fiel: Dir ist geläufig das Plasma grundsätzlich ionisiert ist? Was eine sehr interessante Parallele zum Sonnenwind ist, die darin begründet sein könnte, daß Sonnenwind Plasma ist...


--- Zitat ---2) Der stärkste Tornado hatte Windgeschwindigkeiten von 500 km/h. Das entspricht 0,14 km/s.
Jetzt stell dir bitte einen Wind vor, der zehntausendmal so schnell ist, wie der stärkste Tornado. Das ist nämlich das verdampfte Nagelgeschoss.
--- Ende Zitat ---

Dir ist auch geläufig, daß dieser stärkste Tornado in seinem Wirkungsgebiet einige tausend Tonnen Luft bewegt hat und man 10 Kilometer weiter nichts mehr davon gespürt hat?

Von wievielen Millarden Tonnen reden wir jetzt eigentlich bei den Geschossen? Denn unterhalb dieser Massen hätte die auftreffende Gaswolke keinen anderen Effekt, als evtl. ein paar hübsche Nordlichter zu erzeugen.

Nur mal so als Bild:
Das Gas trifft auf die Atmosphäre wie ein Schwall Wasser auf eine Wasseroberfläche. Sämtliche wirkenden Kräfte werden in der Atmosphäre gleichförmig in alle Richtungen abgeleitet, was dazu führt, daß die Kräfte im Quadrat ihrer Entfernung abnehmen.

Meteoroiden erhalten ihre zerstörerische Wirkung dadurch, daß sie noch in fester Form auf dem Boden aufschlagen oder zumindest erst innerhalb der Atmosphäre explosionsartig verdampfen. Die bisherige Theorie zum Tunguska Meteoroiden geht z.B. von einer Explosion in 6-14km Höhe aus und die entwurzelte "grad mal" Bäume im Umkreis von 30 km. Eine auftreffende Gaswolke entspräche aber einer Explosion in mehr als 1000km Höhe.

Eulenspiegel:

--- Zitat von: Camouflage am 29.07.2008 | 01:47 ---Außerdem, was passiert auf der Erde, wenn etwas verdampft? Richtig, der Dampf breitet sich aus, weil er mehr Volumen einnimmt als vorher.
--- Ende Zitat ---
Das ist ein Zirkelschluss:
Er breitet sich aus, weil er mehr Volumen einnimmt und er nimmt mehr Volumen ein, weil er sich ausbreitet.
Im Prinzip ist "Der Dampf breitet sich aus" semantisch äquivalent zu "Der Dampf nimmt mehr Volumen ein."

Die Frage ist doch, wieso er das tut. Und hier ist die Antwort:
- Bei einer Erhöhung der Temperatur nimmt die mittlere kinetische Energie der Teilchen zu.
- Das heißt, die Teilchen schlagen stärker gegen die Außenhülle.
- Das bedeutet, der Druck auf die Hülle ist innen stärker als von außen.
- Das bedeutet, die Hülle bewegt sich in die Richtung mit weniger Druck.
- Das bedeutet, dass die Hülle immer größer wird, bis der Innendruck wieder gleich dem Außendruck ist.
- Das bedeutet, dass der Gasbehälter jetzt mehr Volumen hat als vorher.
- Das bedeutet, dass das Gas im Inneren des Behälters mehr Volumen einnimmt als vorher.

Das sich das Gas ausdehnt, ist also nur eine Folge dessen, dass die Atome beschleunigt wurden. (Und zwar in unterschiedliche Richtungen: Würden alle Gasatome in die gleiche Richtung beschleunigt werden, würde sich der Gasbehälter bewegen. Da die Atome aber in unterschiedliche Richtungen beschleunigt wurden, dehnt sich der Gasbehälter aus.)


--- Zitat ---Die ganze Hitze etc. ist nur eine Nebenprodukt des spontan entstehenden Drucks.
--- Ende Zitat ---
Eigentlich ist es genau andersrum:
Der Druck ist ein Nebeneffekt der spontan entstandenen Hitze. Wobei Hitze im Prinzip nur kinetische Energie ist. (Die im Regelfall halt Bewegungsimpulse in alle möglichen Richtungen besitzt.)


--- Zitat ---Dir ist geläufig, daß einer der Effekte, den HE-Laser aus gasförmige Stoffe haben, darin besteht, sie zu ionisieren, da ab einem gewissen Maß an thermischer Energie die Elektronen frei werden?
--- Ende Zitat ---
Ab diesem Zustand spricht man von Plasma.
Plasma ist aber ein Aggregatzustand nach gasförmig.


--- Zitat ---Dir ist auch geläufig, daß Dinge, die von außen mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre eindringen üblicherweise durch die dabei entstehden thermischen Energien ionisiert werden?
--- Ende Zitat ---
Das kommt wieder auf die dabei auftretenden Temperaturen an.
Desweiteren kommt es darauf an, ob es bereits in der Ionsophäre ionisiert war und abgelenkt wird, oder ob das Teilchen ungeladen in die Atmosphäre gelangt und erst dort ionisiert wird.


--- Zitat ---Und da ja schon das Stichwort Plasma fiel: Dir ist geläufig das Plasma grundsätzlich ionisiert ist?
--- Ende Zitat ---
Ja.


--- Zitat ---Dir ist auch geläufig, daß dieser stärkste Tornado in seinem Wirkungsgebiet einige tausend Tonnen Luft bewegt hat und man 10 Kilometer weiter nichts mehr davon gespürt hat?
--- Ende Zitat ---
Dann nehme die Explosion einer Atombombe:
Da ist die Luftbewegung (auch Druckwelle genannt) auch noch in 20km extrem drastisch.

Um die Auswirkungen zu überschlagen und sich zu überlegen, wie weit diese reichen, müsste man die Energien vergleichen:[*]Tornado: 5000 Tonnen* (140 m/s)²/2 = 5 * 107 kJ
[*]Atombombe "Little Boy":  13 Kilotonnen TNT = 13*4*10 9 kJ = 5 * 1010 kJ
[*]Wasserstoffbombe: 3000 Kilotonnen TNT = 3000*4*10 9 kJ = 1 * 1013 kJ
[*]Nagel aus Railgun: 7 Tonnen * (3000 km/s)²/2 = 7000 kg * 9*106 * 106 (m/s)²/2 = 3 * 1013 kJ
[*]Zar-Bombe: 57.000 Kilotonnen TNT = 57000*4*10 9 kJ = 2 * 1014 kJ

[/list]

Nur mal, um ein Gefühl für die gewaltigen Energien zu bekommen. (Es kommt natürlich auch darauf an, wie sehr sich die Energie verteilt, oder ob sie einfach ungespitzt in den Boden rammt. - Aber völlig folgenlos wird diese Energie gewiss nicht bleiben.)


--- Zitat ---Von wievielen Millarden Tonnen reden wir jetzt eigentlich bei den Geschossen?
--- Ende Zitat ---
Wir reden von einem 7 Tonnen Geschoss bei einer Geschwindigkeit von 3000 km/s.
Das macht nach der oberen Rechnung 3* 1013 kJ kinetische Energie.

Das ist die dreifache Energie einer kleinen Wasserstoffbombe. Oder 7 Nägel haben die Energie einer Zarenbombe. (Disclaimer: Von der freiwerdenden Energie kann man natürlich nicht direkt auf das Zerstörungspotential schließen. - Aber es bildet einen guten Anhaltspunkt.)


--- Zitat ---Das Gas trifft auf die Atmosphäre wie ein Schwall Wasser auf eine Wasseroberfläche. Sämtliche wirkenden Kräfte werden in der Atmosphäre gleichförmig in alle Richtungen abgeleitet, was dazu führt, daß die Kräfte im Quadrat ihrer Entfernung abnehmen.
--- Ende Zitat ---
Ja, das stimmt.

Aber nehmen wir mal die 3* 1013 kJ kinetischer Energie, die in die Ionosphäre aufkommen. Sie breiten sich nun kugelförmig aus. Sagen wir, ab 100 km Höhe ist die Atmosphäre dicht genug, um die ankommenden Gase merklich zu bremsen und langsam zu ionisieren.

Die Kugeloberfläche ist 4*pi*r².

Die Energie, die also unten an der Oberfläche ankommt ist:
3* 1013 kJ /4*pi*(100 km)² *2 =0,5 *1013 kJ / 1010 (m/s)² = 500 kJ.

Das ist sicherlich nicht genug Energie, um direkt auf der Erde für Schaden zu sorgen. Allerdings muss man beachten, dass diese Energie in einen Umkreis von 100 km herunterkommt. Und damit ist es durchaus heftig genug, schweres Unwetter auszulösen.

(Die ganze Rechnung halt unter der Voraussetzung, dass der Nagel vollständig verdampft wurde BEVOR er in die Atmosphäre eindringt. Falls er erst im Anschluss verdampft, kommt wesentlich mehr Energie auf der Oberfläche an.)

Hr. Rabe:

--- Zitat von: Camouflage am 29.07.2008 | 01:47 ---Nur mal so als Bild:
Das Gas trifft auf die Atmosphäre wie ein Schwall Wasser auf eine Wasseroberfläche. Sämtliche wirkenden Kräfte werden in der Atmosphäre gleichförmig in alle Richtungen abgeleitet, was dazu führt, daß die Kräfte im Quadrat ihrer Entfernung abnehmen.

Meteoroiden erhalten ihre zerstörerische Wirkung dadurch, daß sie noch in fester Form auf dem Boden aufschlagen oder zumindest erst innerhalb der Atmosphäre explosionsartig verdampfen. Die bisherige Theorie zum Tunguska Meteoroiden geht z.B. von einer Explosion in 6-14km Höhe aus und die entwurzelte "grad mal" Bäume im Umkreis von 30 km. Eine auftreffende Gaswolke entspräche aber einer Explosion in mehr als 1000km Höhe.

--- Ende Zitat ---

Dann müßen wir das eben doch noch rechnen:

Die Nagelgeschoße kommen an der äuseren Athmosphäre mit 3000km/s vollständig im festen Zustand an. 2 Tonnen Wollfram, mit einer effektiven Ausenfläche von 1,884 m2.
Zwischen 80km und 50km Höhe, hat die Atmosphäre einen Druck von 0Pa bis 2Pa s.
- Der Nagel (20*300cm) hat einen Equivalentradius von: 15,50m Wenn ich mich jetzt nicht verrechnet habe.
- Die Reibungskraft nach Stokes ist demnach (FR = -6*PI*r*η*v) 1.752.120 kN (bei η = 2Pa s)
- Daraus ergibt sich eine thermische Energie von ETH = 175212 GNm (Giganewtonmeter). Wie Wikipedia geh ich mal einfach davon aus, daß die Hälfte der Energie auf den Nagel und die andere Hälfte auf die Luft übergeht. (Hoffnungslos übertrieben, da der Nagel durch die enorme Geschwindigkeit und Nagelförmigkeit wesentlich weniger abbekommt.)
- Und daraus wieder eine Temperaturerhöhung von (Wolfram hat eine Wärmekapazität von 0,134) 326888060 °K.

So, wenn mir jetzt noch jemand sagt, ob das ausreicht, um den Nagel in 0,03 Sekunden (bevor er am Boden ist) zu verdampfen müßten wir das haben.

Ich will hierbei trozdem anmerken, daß sich auch die Luft in einer Säule um den Nagel herrum (und zwar wahrscheinlich zwischen 70 und 25 km Höhe) um besagte 326888060 °K aufheizt. Kann mir da mal jemand die entsprechende Gasexplosion sagen? >;D

Ein:
frage mich gerade, was mir eine Waffe bringt, die irgendwo in einem Umkreis von (sagen wir mal) 200-5000km (je nach Zeitpunkt des Abfeuerns, Genauigkeit und Störfaktoren) von meinem Ziel "einschlägt".

Hinzukommt noch, dass ich effektiv nur Ziele angreifen kann, die sich zum Zeitpunkt des Einschlags auf der mir zugewandten Seite des Planeten befinden. Ich muss also beim Abfeuern recht genaue Kenntnisse über meine eigene Position, die genaue relative Lage des Ziels, die Drehung des Planeten und von möglichen Störfaktoren haben.

Und dann stellt sich mir noch die Frage, welche Wirkung die spontane Erwärmung der Atmosphäre um mehrere Millionen Kelvin entlang eines Kilometer langen Kanals hat (es gibt übrigens kein °K). Wirklich ein Unwetter? Oder läuft es nur auf einen großen Blitz hinaus?

Ein Blitz erzeugt Plasma von 30000° Temperatur und der eigentliche Blitz bewegt sich mit einem Zehntel bis zu einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit.

Thot:

--- Zitat von: Ein am 29.07.2008 | 09:41 ---frage mich gerade, was mir eine Waffe bringt, die irgendwo in einem Umkreis von (sagen wir mal) 200-5000km (je nach Zeitpunkt des Abfeuerns, Genauigkeit und Störfaktoren) von meinem Ziel "einschlägt".

--- Ende Zitat ---

Sie macht irgendwas auf dem Planeten kaputt. Wenn man davon genug hat, ist das wie mit einer Schrotflinte, irgendwas wichtiges wird man schon treffen.


--- Zitat ---Hinzu kommt noch, dass ich effektiv nur Ziele angreifen kann, die sich zum Zeitpunkt des Einschlags auf der mir zugewandten Seite des Planeten befinden. Ich muss also beim Abfeuern recht genaue Kenntnisse über meine eigene Position, die genaue relative Lage des Ziels, die Drehung des Planeten und von möglichen Störfaktoren haben.

--- Ende Zitat ---

Was natürlich recht einfach zu ermitteln ist, in dem man den Planeten einfach für die Dauer einer bis dreier Planetenumdrehungen beobachtet.


--- Zitat ---Und dann stellt sich mir noch die Frage, welche Wirkung die spontane Erwärmung der Atmosphäre um mehrere Millionen Kelvin entlang eines Kilometer langen Kanals hat (es gibt übrigens kein °K). Wirklich ein Unwetter? Oder läuft es nur auf einen großen Blitz hinaus?
[...]

--- Ende Zitat ---

Was so stark erhitzt wird, dehnt sich enorm schnell aus. Dass das keine Wirkung auf das Wetter haben soll, kommt mir unwahrscheinlich vor, zumal die Energiemengen sich durchaus in dem für Wetterphänomene üblichen Rahmen bewegen.

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