Fallrohr - Drop tube

Für die Vergnügungsfahrt siehe Fallturm .

In der Physik und den Materialwissenschaften ist ein Fallturm oder ein Fallrohr eine Struktur, die verwendet wird, um einen kontrollierten Zeitraum der Schwerelosigkeit für ein untersuchtes Objekt zu erzeugen . Manchmal werden Airbags, Styroporpellets und magnetische oder mechanische Bremsen verwendet, um den Fall der experimentellen Nutzlast aufzuhalten . In anderen Fällen ist der Hochgeschwindigkeitsaufprall mit einem Substrat am Boden des Turms ein beabsichtigter Teil des experimentellen Protokolls.

Nicht alle dieser Einrichtungen sind Türme: Die Zero Gravity Research Facility der NASA Glenn basiert auf einem vertikalen Schacht, der sich bis 155 m unter die Erde erstreckt.

Typischer Betrieb

Ein Blick in die Röhre der 5 Sekunden Zero Gravity Facility der NASA Glenn .
Ein Blick in den Schacht des 2,2-zweiten Fallturms der NASA Glenn. Unten befindet sich ein großer (abgelassener) Airbag.

Für ein typisches materialwissenschaftliches Experiment wird eine Probe des zu untersuchenden Materials in das obere Ende des Fallrohrs geladen, das mit Inertgas gefüllt oder evakuiert wird, um eine Niederdruckumgebung zu schaffen. Im Anschluss an jede gewünschte Vorverarbeitung (zB Induktionsheizeinrichtung eine aufzuschmelzen Metalllegierung ), wird die Probe freigegeben zu dem Boden des Rohres fallen. Während des Fluges oder beim Aufprall kann die Probe mit Instrumenten wie Kameras und Pyrometern charakterisiert werden .

Falltürme werden auch häufig in der Verbrennungsforschung verwendet. Für diese Arbeit muss Sauerstoff vorhanden sein und die Nutzlast kann in einem Widerstandsschild eingeschlossen sein, um sie vor dem Hochgeschwindigkeits-"Wind" zu isolieren, wenn das Gerät zum Boden des Turms beschleunigt. Sehen Sie sich ein Video eines Mikrogravitations-Verbrennungsexperiments in der Glenn Five Second Drop Facility der NASA unter [1] an .

Auch strömungsphysikalische Experimente sowie die Entwicklung und Erprobung weltraumgestützter Hardware können mit einem Fallturm durchgeführt werden. Manchmal dient die bodengestützte Forschung mit einem Fallturm als Auftakt für ehrgeizigere Untersuchungen im Flug; viel längere Zeiträume der Schwerelosigkeit kann erreicht werden durch parabolische -Flight-Pfad Flugzeug oder mit raumgestützter Labors an Bord des Space Shuttle oder der Internationalen Raumstation ISS .

Die Dauer des freien Falls in einem Fallrohr hängt von der Länge des Rohres und dem Grad der inneren Evakuierung ab. Das 105 Meter lange Fallrohr im Marshall Space Flight Center erzeugt 4,6 Sekunden Schwerelosigkeit, wenn es vollständig evakuiert ist. In der Fallturm Bremen der Universität Bremen kann das Experiment mit einem Katapult nach oben geschleudert werden, um die Schwerelosigkeit von 4,74 auf knapp 9,3 Sekunden zu verlängern. Diese Technik negiert den physischen Raum, der für die anfängliche Beschleunigung benötigt wird, und verdoppelt die effektive Dauer der Schwerelosigkeit. Das NASA Glenn Research Center verfügt über einen 5-Sekunden-Fallturm (The Zero Gravity Facility) und einen 2,2-Sekunden-Fallturm (The 2.2 Second Drop Tower).

Ein Großteil der Betriebskosten eines Fallturms ist auf die Notwendigkeit der Evakuierung des Fallrohrs zurückzuführen, um die Wirkung des aerodynamischen Widerstands zu beseitigen. Alternativ wird das Experiment in einer äußeren Box (dem Widerstandsschild) platziert, bei der aufgrund seines Gewichts während des Fallens die Verringerung der Beschleunigung durch den Luftwiderstand geringer ist.

Historische Verwendungen

Obwohl die Geschichte apokryph sein mag, wird allgemein angenommen, dass Galileo den Schiefen Turm von Pisa als Fallturm benutzt hat, um zu zeigen, dass fallende Körper unabhängig von ihrer Masse mit der gleichen konstanten Geschwindigkeit beschleunigen.

Falltürme, die als Schrottürme bezeichnet werden, waren einst nützlich für die Herstellung von Bleischrot . Eine kurze Zeit der Schwerelosigkeit lässt geschmolzenes Blei zu einer quasi perfekten Kugel erstarren, wenn es den Boden des Turms erreicht.

Liste der Falltürme


Siehe auch

Verweise