Kan en sensor upptäcka skillnaden mellan tyngdkraft och acceleration?


Svar 1:

I verkligheten har varje kropp (enhet, objekt, person) en "livslinje" - en personlig historia och sammanhang. Så det är inte som att du bara placerade sensorn i rymden någonstans utan att informera den var den har varit och vad är omgivningarna.

Vanligtvis har ett rymdskepps navigationssystem också tröghetsnavigering, så datorn har en historia över alla accelerationer i tre dimensioner över tiden, plus alla vinklaccelerationer, och dessutom en global karta över gravitationsfältet - så från dessa data kan räkna ut ganska exakt var den befinner sig, vilken vinkel den är inriktad på och hur snabb den rör sig när som helst. Dessa instrument har utvecklats med hög precision.

Det är inte absolut nödvändigt att mata in någon platsinformation från GPS eller radiosängar eller himmelnavigering. Men så ofta kommer systemet att uppdateras för att se till att synkronisera det inertiella navigationssystemet ombord med den faktiska positionen.

Men du talade om en teoretisk, hermetiskt förseglad accelerationssensor där du inte börjar med någon inmatningsinformation alls, så det har ingen aning om var den började och vilka rörelser den har gått igenom tidigare.

I detta fall skulle det inte vara möjligt att skilja ett gravitationsfält från acceleration.

Speciellt eftersom det i rymden praktiskt taget inte finns något yttre stöd eller motstånd mot rörelse. Ingen luft som saktar ner dig och ingen mark eller torn att stå på. Så du är i fritt fall, såvida du inte har antingen en vernier raket, jonmotor, solsejla eller boostermotor på ditt rymdfordon.


Svar 2:

Det finns många svar som säger att detta är antingen omöjligt eller opraktiskt (som att ha en sensor tillräckligt stor för att upptäcka tidvattenkrafter), men accelerometrar som används i elektroniska apparater gör den här typen av saker hela tiden. Detektering av applicerad kraft, fritt fall och statisk belastning är inte ovanligt.

En accelerometer innehåller ett piezoelektriskt material - en som producerar en spänning som svar på applicerad spänning. När vi inducerar acceleration genom en push eller en strejk, komprimerar det piezoelektriska materialet (vanligtvis en kristall) och producerar en spänning. Om objektet är under ren gravitationsacceleration, är spänningsfältet som verkar på sensorn helt borta eftersom föremål i fritt fall inte "känner" någon kraft. Således produceras ingen spänning. Med denna distinktion i åtanke vet vi när accelerationen orsakas av tyngdkraften och när den orsakas av en applicerad kraft.

Detta tar inte hänsyn till statisk belastning eftersom kristallen fortfarande kan uppleva komprimering bara genom att sitta på ett bord. Vi kan istället ha en kondensator vars plattavstånd ändras beroende på tillståndet: fritt fall, statisk belastning eller en tryck. Genom att kontinuerligt mäta den efterföljande förändringen i kapacitans kan vi bestämma vilka av dessa tre förhållanden som verkar på sensorn.


Svar 3:

Det finns många svar som säger att detta är antingen omöjligt eller opraktiskt (som att ha en sensor tillräckligt stor för att upptäcka tidvattenkrafter), men accelerometrar som används i elektroniska apparater gör den här typen av saker hela tiden. Detektering av applicerad kraft, fritt fall och statisk belastning är inte ovanligt.

En accelerometer innehåller ett piezoelektriskt material - en som producerar en spänning som svar på applicerad spänning. När vi inducerar acceleration genom en push eller en strejk, komprimerar det piezoelektriska materialet (vanligtvis en kristall) och producerar en spänning. Om objektet är under ren gravitationsacceleration, är spänningsfältet som verkar på sensorn helt borta eftersom föremål i fritt fall inte "känner" någon kraft. Således produceras ingen spänning. Med denna distinktion i åtanke vet vi när accelerationen orsakas av tyngdkraften och när den orsakas av en applicerad kraft.

Detta tar inte hänsyn till statisk belastning eftersom kristallen fortfarande kan uppleva komprimering bara genom att sitta på ett bord. Vi kan istället ha en kondensator vars plattavstånd ändras beroende på tillståndet: fritt fall, statisk belastning eller en tryck. Genom att kontinuerligt mäta den efterföljande förändringen i kapacitans kan vi bestämma vilka av dessa tre förhållanden som verkar på sensorn.