Valbeweging : voorwerp in een voorwerp

[Sylvester2]

Naar aanleiding van een interessante discussie in een ander forum, stel ik deze vraag.
Een gsm met een ingebouwd mechanisme om een gewicht te verplaatsen, zou de stand van het vallen kunnen wijzigen, om alzo schade te beperken.
Volgens mij klopt dit waarschijnlijk niet.
We weten dat de valsnelheid voor alle voorwerpen even snel is, ongeacht het gewicht, op voorwaarde dat de luchtweerstand gelijk is.
Hoe kan je een toestel in vrije val doen draaien, door het verplaatsen van een gewicht?
Volgens mij kan dat niet.
Of het moet zijn dat men iets kan doen in de periode dat de valsnelheid gelijk is aan nul tot het moment dat de valsnelheid constant is. Daarna kan je volgens mij schuiven met ladingen zoveel je wil, dat helpt niet.
 
Wat denken jullie?
(er zullen er wel meelezen ...)

[xansid]

Dat kan inderdaad niet. Door gewicht te verplaatsen (eigenlijk is versnelling de belangrijke factor) binnen de telefoon zet de telefoon zich aan zichzelf af en blijft de telefoon gewoon even snel vallen.
Wat wel zou kunnen is iets afstoten. Dan zou de telefoon bijvoorbeeld zijn batterij moeten opofferen door die met een grote versnelling naar beneden te schieten haha. Dat is een beetje onzin natuurlijk maar dat zou wel helpen.
 
Dure laptops hebben tegenwoordig wel val detectie en dan gaan er snel dingen in veilige stand zodat het geheugen niet beschadigd. Wat er dan precies gebeurd weet ik niet misschien kan een andere forum gebruiker daar wat meer over vertellen.

[Michel Uphoff]

Op zich kan je door het verplaatsen van gewichten een rotatie versnellen of vertragen (wet van behoud van hoekmoment). Dat wordt in de ruimtevaart wel toegepast. De oriëntatie van een object bij inslag kan zo dus binnen grenzen beïnvloed worden.
In theorie zou zoiets ook in een kleiner voorwerp binnen zekere grenzen ook kunnen, maar het lijkt mij allerminst praktisch haalbaar in de door jou genoemde situatie. De snelheid van het vallen (luchtweerstand buiten beschouwing gelaten) is niet te beïnvloeden zolang alle krachten intern blijven (actie=-reactie).

[Jan van de Velde]

(luchtweerstand buiten beschouwing gelaten)

Dat moet juist niét in dit geval. Pak een stukje papier en plak er een paperclip midden bovenop, en de stand waarin het valt zal tamelijk willekeurig zijn. Schuif de paperclip over een rand, en zwaartekracht en luchtweerstand grijpen op andere plaatsen aan en veroorzaken een moment, waardoor dit stukje papier altijd met de paperclip beneden op de grond zal vallen. 
 
Nou zal het door alles wat er in een gsm gepropt moet worden niet meevallen om het technisch voor elkaar te krijgen dat dat ding net als dat papiertje met die paperclip ook over korte afstand met een voorspelbaar punt op de grond zal vallen. En dan is nóg de vraag hoe je er dan vervolgens voor gaat zorgen dat vallen op dat punt géén schade doet. 

[Benm]

Waarom zou het niet kunnen? Stel dat je een setje gyroscoopjes in een telefoon bouwt, en op basis van de acceleratiesensor die zodanig aanstuurt dat het toestel in een wenselijke orientatie de grond raakt, dan is dat an sich toch best een plausibel mechanisme?

Eerlijkgezegd denk ik dat het in de praktijk te construeren valt, alleen is het te duur vergeleken met de kosten van kapot vallende telefoons. Stel dat 5% van de telefoons in hun leven zodanig valt dat een andere orientatie ze gered zou hebben, dan mag zo'n systeem een telefoon 5% duurder maken om nog rendabel te zijn. Dat aspect gaat niet lukken, en daarnaast wordt het toestel er ook zwaarder van.

[Sylvester2]

Het gaat me niet zozeer om het trucje in die GSM, maar om het feit dat je iets in vrije val van positie kan laten veranderen door het verschuiven van een lading (het zwaartepunt wijzigen).
Maar het werd al aangehaald met dat papier.
 
Neem een grote kartonnen doos, en leg er aan de zijkant een gewicht van een kilo in, en laat ze horizontaal los vanaf een verdieping.
Wat gebeurt er?  Zal de doos kantelen of zal ze horizontaal blijven?
Anderzijds : neem twee gelijke voetballen. Eén met lucht erin en één met water.
Volgens mij horen ze beiden gelijk op de grond te vallen. In het luchtledige is dat sowieso.  Volgens mij is dat ook in de lucht op voorwaarde dat beide voorwerpen dezelfde afmetingen hebben (dezelfde luchtweerstand)
Maar dan klopt het verhaal van de doos weer niet.
 
Hoe zit dat nu eigenlijk?
 
Volgens mij kan je in vrije val niets meer wijzigen aan de positie of houding van een toestel.

[Benm]

Een doos met een gewicht tegen de zijkant zal in het luchtledige niet roteren.

In lucht wordt het echter tricky: zo'n doos heeft een orientatie waarbij de luchtweerstand het kleinste is, en zal die waarschijnlijk aannemen op weg naar beneden. Plak je echter een gewicht aan een van de zijden dan veranderd het zwaartepunt en daarmee ook de meest gunstige orientatie om te vallen.

Welk effect wint valt te bezien, maar dat kun je zelf uitproberen: plak een flinke moer oid aan de binnenkant van een klein doosje en laat maar vallen

[Bartjes]

Beschouw een zware kogel met daaromheen een vederlichte doos. Dan zal je die doos tijdens de val door armpjes aan de kogel vrijelijk heen en weer kunnen bewegen. Enkel de beweging van het totale zwaartepunt ligt vast.

[Michel Uphoff]

@JvdV: Dat moet juist niét in dit geval.

 

Volgens mij bedoelen we hetzelfde. Als de (door de positie van het toestel veranderlijke) luchtweerstand niet meegerekend wordt, is de valsnelheid niet door louter interne krachten te beïnvloeden.

 

Het is denk ik ondoenlijk om in de zeer beperkte ruimte van een smartphone dmv massacentrumverplaatsing icm veranderlijke luchtweerstand en gyroscoopjes een enige mate betrouwbaar mechanisme te maken dat er voor zal zorgen dat het toestel in iedere praktische situatie op een speciaal geconstrueerde bumper valt.

 

@Sylvester2: Volgens mij kan je in vrije val niets meer wijzigen aan de positie of houding van een toestel.

 

Dat gebeurt in de ruimtevaart routinematig. Dan hoef je niet alleen te denken aan stuurraketjes, maar bijvoorbeeld ook aan het wijzigen van een rotatiesnelheid of rotatie-as door gyroscopen of door het verplaatsen van gewichten (verplaatsing van massacentrum). Dat verplaatsen dmv gewichten is bijvoorbeeld toegepast bij het binnentreden van Curiosity in de Marsatmosfeer om de juiste entreehoek te verkrijgen. Je zou bijvoorbeeld de rotatie van een vallende smartphone door verplaatsing van gewichten over drie assen zo kunnen trachten te vertragen/versnellen dat het ding in een bepaalde oriëntatie de grond raakt. Dat heeft natuurlijk wel grote beperkingen, en het is m.i. in de praktijk om diverse redenen niet haalbaar. Maar als gezegd, in theorie is het mogelijk.

[Benm]

Het is denk ik ondoenlijk om in de zeer beperkte ruimte van een smartphone dmv massacentrumverplaatsing icm veranderlijke luchtweerstand en gyroscoopjes een enige mate betrouwbaar mechanisme te maken dat er voor zal zorgen dat het toestel in iedere praktische situatie op een speciaal geconstrueerde bumper valt.

Dat valt te bezien. Het is geen kwestie van zeer nauwkeurig mikken, de 'bumper' zou de achterkant van het apparaat zijn. Wat je wilt voorkomen is vooral dat het neer komt met 1 hoek naar beneden (scherm versplintering), en als het even kan niet met het scherm pal naar beneden (krassen). Als het grofweg op de achterkant terecht komt (zeg binnen een afwijking van 20 graden) is het vaak al geen probleem meer.

Zoals eerder opgemerkt is het niet economisch verantwoord dit in te bouwen. Voor een high end telefoon als een iphone 5 voorkomt het een reparatie van ongeveer $150. Het zou daarmee minder dan $10 moeten kosten en het toestel niet noemenswaardig groter of zwaarder mogen maken.

Dat men bij harddisks wel iets dergelijks toepast heeft denk ik vooral te maken met de waarde van de data daarop: Die schijfjes op zich kosten $100, en de rest van de laptop zal een forse val ook niet onbeschadigd overleven. Voor de gebruiker is het verlies van alle data een kostenpost die veel groter is, en dan is een (paar?) dollar voor een autopark mechanisme wel verantwoord.

[Anton_v_U]

Het kan denk ik zeker en ik denk ook dat het niet erg praktisch is.
 
Je moet nogal wat meten om het mechanisme aan te sturen (snelheid, positie en oriëntatie van het ding ten opzichte van de vloer) en je moet voldoende massa voldoende snel en goed getimed de goede kant op laten bewegen om de draaiing van het ding te beïnvloeden. Eigenlijk wordt t een tamelijk ingewikkeld robotje. Ik denk dat dit in de praktijk wel mogelijk is maar dan wordt 't een ingewikkelde robot die ook nog een telefoon in huis heeft.

[Benm]

Ik denk dat die complexiteit wel meevalt: Vrijwel iedere smartphone heeft een 3d-g-sensor aan boord waarmee te bepalen is wat de orientatie was voor de val, en in welke richting het apparaat valt. Voor het berekenen van wat de gyroscopen moeten doen om dit vlot te trekken is een moderne processor aanwezig met kloksnelheden boven 1 GHz.

Het probleem zit hem denk ik niet in het analyseren van het probleem en de oplossing, maar puur in het aanbrengen van de extra hardware (gyroscoopjes) om er iets aan te kunnen doen. Uiteraard zit er in een telefoon normaliter wel 1 "gyroscoop" (die voor de trilfunctie), maar om het vlot te trekken heb je er toch 3 nodig.

[jogo]

 
Anderzijds : neem twee gelijke voetballen. Eén met lucht erin en één met water.
Volgens mij horen ze beiden gelijk op de grond te vallen. In het luchtledige is dat sowieso.  Volgens mij is dat ook in de lucht op voorwaarde dat beide voorwerpen dezelfde afmetingen hebben (dezelfde luchtweerstand)
 

De met water gevulde bal kan toch minder goed afgeremd worden als de lichtere bal (massatraagheid) ?

[Jan van de Velde]

Zo mag je het stellen.
 
Je mag het ook zó doen, aan de hand van nettokrachten.  
 
a=F_netto/m 
 
bij gelijke snelheden is de weerstand Fw gelijk. Zeg eens 10 N.
 
voorbeeld bal 1 gewicht 15 N, bal 2 gewicht 100 N
 
nettokracht op bal 1 dus 15-10 = 5 N . En dus versnelling gelijk aan 5/1,5 ≈ 3,3 m/s²
 
nettokracht op bal 2 dus 100-10 = 90 N . En dus versnelling gelijk aan 90/10 ≈ 9 m/s² 
 
Die snelheden gaan dus niet lang gelijk blijven......

[descheleschilder]

Dat is net zoiets als een ping-pong balletje en een loden balletje van gelijke grootte gelijktijdig los te laten. Wat zal het eerst de grond raken?