Drehimpuls der Erde nutzen

Erste Frage Aufrufe: 45     Aktiv: 22.11.2024 um 19:45
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Hallo Forum !
Ich bin technisch interessierter Laie und
kämpfe mit der Mathematik und Physik zu folgendem Gedankenexperiment.

"Kann man die Rotationsenergie der Erde nutzen um elektrische Energie zu gewinnen ?"

Angenommen die Erde ist eine perfekte Kugel mit dem Radius Re.
Sie rotiert um Ihre z-Achse (Erdachse) mit der konstanten Drehzahl ne=1/d.


Am Äquator der Erde befindet sich ein Kreisel in Form einer Kugel.
Er rotiert um seine y Achse, welche senkrecht zur Erdoberfläche, bzw. zur Z-Achse der Erde steht.
Seine Drehachse sei fest eingespannt. Die Drehzahl sei nk.
Relativ zur Erdoberfläche kann der Kreisel in keine Richtung kippen.

Reibung und astronomischen Einflüsse werden vernachlässigt.

Frage 1:
Der fest montierte Kreisel wird sich wohl negativ auf den Rotationsenergie der Erde auswirken.
Laut Energieerhaltungssatz müsste sich dadurch die Rotationsenergie des Kreisels erhöhen.
Der Kreisel dreht sich also immer schneller.
Ist das soweit richtig ?

Frage 2:
Die Massenträghheitsmomente
Erde: Jxe=Jye=Jze = (2*me*Re²)/5
Kreisel: Jxk=Jyk=Jzk = (2*mk*Rk²)/5
Das Koordinatensystem des Kreisels hat den Abstand Re vom Erdmittelpunkt.
Erddrehzal = 1/d
Kreiseldrehzahl_start = 1/s
Nun erwarte ich, dass das Fundament des Kreisels ein Drehmoment aufnehmen muss.
Ist das soweit richtig ?
Wie groß ist dieses Drehmoment ?
Ich denke mein Hauptproblem ist, dass ich keine Ahnung habe wie ich den gesamten Drehimpuls des Kreisels berechne.
Er dreht sich ja um sich selbts und zusätzlich mit der Erde.
Mit dem "Satz von Steiner" komm ich ja nicht weiter, da die Drehachse der Erde ja senkrecht auf der des Kreisels steht, oder ?

Frage 3 :
Welche Arbeit verrichtet die Erde pro Umdrehung,
bzw. wie berechne ich die Änderung der Rotationsenergie des Kreisels ?


Es würde mich riesig freuen, wenn mir jemand weiterhelfen kann.
Vielleicht auch mit einem Link wo ich mir das nötige Wissen anlesen kann.

Viele Grüße
mateng.
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Hallo mateng,
deine Idee klingt spannend. Wenn es dir hauptsächlich um die Energiegewinnung geht, baust du am besten ein Gezeitenkraftwerk. Die gibt es schon und funktionieren gut.

Aber ich nehme an, dass du aus theoretischem Interesse fragst. Da habe ich deinen Versuchsaufbau noch nicht verstanden. Ich sehe keinen Grund, warum sich ein Kreisel am Äquator immer schneller drehen sollte. Es gibt dort sicher irgendwo eine Kugel und es hat noch niemand beobachtet, dass sie sich zu drehen beginnt.
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Hallo Stefriegel,
vielen Dank, dass Du in das Thema mit eingestiegen bist.
Mag sein, dass ich einen Denkfehler habe.
Angeregt hat mich die Beobachtung eines Foucault Pendel.
Dazu gibt es dutzende Beschreibungen im Netz.
Vereinfacht, lässt man eine Masse an einem langen Faden am Nordpol unserer Erde pendeln.
Da der Faden kein Drehmoment aufnehmen kann, Dreht sich die Erde unter dem Pendel weg während die Pendelbewegung (Richtung) fix zu den Sternen verharrt.
Als Beobachter, welcher auf der Erde steht, sieht es so aus als würde sich die Schwingrichtung des Pendels in 24 Stunden um 360° ändern.
Abweichend von Foucault Pendel nutze ich einen Kreisel.
Ist dessen Rotationsachse senkrecht zur Erdachse, sollte sich die Erde ebenfalls einmal pro Tag unter dem Kreisel wegdrehen.
Ich habe in meiner ursprünglichen Frage den Äquator gewält.
Vielleicht ist aber der Energieübergang (bzw Moment) zum fixierten Kreisel am Nortpol der selbe ? .
Ich stell mir meinen Kreisel wie ein Gyroskop vor, welches ich daran hindere sich frei zu bewegen.
Dazu muss ich ein Dremoment aufbringen.
Meine Drehzahl ist 1/Tag.
Damit kann ich doch die Leistung berechnen, oder ?

PS. Ja, es geht mir haupsächlich um das physikalische Phänomen des fixierten Kreisels auf der rotierenden Erden.
  ─   mateng 22.11.2024 um 12:40
Ah okay. Wenn du dabei an das Foucault-Pendel gedacht hast, liegt tatsächlich ein Denkfehler vor. Denn das Foucaultsche Pendel dreht sich selbst gar nicht. Sondern die Erde dreht sich unter ihm hindurch. Das Pendel nimmt keine Rotationsenergie auf, sondern bleibt vom Weltall aus betrachtet in Ruhe, bzw. behält seine Schwingungsrichtung aufgrund der Massenträgheit bei.   ─   stefriegel 22.11.2024 um 19:45

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