Kunne en sensor registrere forskellen mellem tyngdekraft og acceleration?


Svar 1:

I virkeligheden har ethvert organ (enhed, objekt, person) en "livslinje" - en personlig historie og kontekst. Så det er ikke som om du bare stak sensoren ud i rummet et sted uden at informere den, hvor den har været, og hvad er omgivelserne.

Normalt har et rumskibs navigationssystem også inertial navigation, så computeren har en oversigt over historien om alle accelerationer i tre dimensioner over tid, plus alle vinkelaccelerationer, og derudover et globalt kort over tyngdefeltet - så ud fra disse data kan finde ud af, præcist, hvor det er i, hvilken vinkel det er orienteret om, og hvor hurtigt det bevæger sig på ethvert tidspunkt. Disse instrumenter er udviklet til høj præcision.

Det er ikke absolut nødvendigt at indtaste nogen placeringsoplysninger fra GPS eller radiofyr eller himmelnavigation. Men som så ofte opdateres systemet for at sikre sig at synkronisere det indbyggede inertielle navigationssystem med den faktiske position.

Dog talte du om en teoretisk, hermetisk forseglet accelerationssensor, hvor du slet ikke starter med nogen inputoplysninger, så det har ingen idé om, hvor den startede, og hvilke bevægelser den har været igennem tidligere.

I dette tilfælde ville det ikke være muligt at skelne et gravitationsfelt fra acceleration.

Især da der i rummet praktisk talt ikke er nogen ydre støtte eller bevægelsesmodstand. Ingen luft, der bremser dig ned, og ingen jord eller tårn at stå på. Så du er i frit fald, medmindre du enten har en vernier raket, ion-motor, solsejl eller booster-motor på dit rumskøretøj.


Svar 2:

Der er mange svar, der siger, at dette enten er umuligt eller upraktisk (som at have en sensor, der er stor nok til at opdage tidevandskræfter), men accelerometre, der bruges i elektroniske enheder, gør denne slags ting hele tiden. Detektering af anvendt kraft, frit fald og statisk belastning er ikke usædvanligt.

Et accelerometer indeholder et piezoelektrisk materiale - et, der producerer en spænding som respons på anvendt spænding. Når vi inducerer acceleration gennem et tryk eller et strejke, komprimerer det piezoelektriske materiale (normalt en krystal) og producerer en spænding. Hvis objektet er under ren gravitationsacceleration, er spændingsfeltet, der virker på sensoren, helt væk, fordi genstande i frit fald ikke "føler" nogen kraft. Således produceres ingen spænding. Med denne sondring i tankerne ved vi, hvornår accelerationen skyldes tyngdekraften, og hvornår den er forårsaget af en anvendt kraft.

Dette tager ikke højde for statisk belastning, fordi krystallen stadig kan opleve komprimering bare ved at sidde på et bord. Vi kunne i stedet have en kondensator, hvis pladeafstand ændres afhængigt af tilstanden: frit fald, statisk belastning eller et skub. Ved kontinuerligt at måle den efterfølgende ændring i kapacitans kan vi bestemme, hvilke af disse 3 forhold, der virker på sensoren.


Svar 3:

Der er mange svar, der siger, at dette enten er umuligt eller upraktisk (som at have en sensor, der er stor nok til at opdage tidevandskræfter), men accelerometre, der bruges i elektroniske enheder, gør denne slags ting hele tiden. Detektering af anvendt kraft, frit fald og statisk belastning er ikke usædvanligt.

Et accelerometer indeholder et piezoelektrisk materiale - et, der producerer en spænding som respons på anvendt spænding. Når vi inducerer acceleration gennem et tryk eller et strejke, komprimerer det piezoelektriske materiale (normalt en krystal) og producerer en spænding. Hvis objektet er under ren gravitationsacceleration, er spændingsfeltet, der virker på sensoren, helt væk, fordi genstande i frit fald ikke "føler" nogen kraft. Således produceres ingen spænding. Med denne sondring i tankerne ved vi, hvornår accelerationen skyldes tyngdekraften, og hvornår den er forårsaget af en anvendt kraft.

Dette tager ikke højde for statisk belastning, fordi krystallen stadig kan opleve komprimering bare ved at sidde på et bord. Vi kunne i stedet have en kondensator, hvis pladeafstand ændres afhængigt af tilstanden: frit fald, statisk belastning eller et skub. Ved kontinuerligt at måle den efterfølgende ændring i kapacitans kan vi bestemme, hvilke af disse 3 forhold, der virker på sensoren.