Могут ли уважаемые читатели АШ решить простую задачу, посильную для людей окончивших среднюю школу.
А именно: за какое время фотокамера, используемая астронавтами для съемки Луны, будучи вынутой из лунного модуля, где температура 20 градусов Цельсия, нагреется до 30 градусов Цельсия?
Исходные данные легко находятся в интернете.
Естественно должны быть сделаны какие-то допущения и расчеты, конечно, будут оценочными
Почему я позволил себе побеспокоить читателей АШ такой задачей?
Дело в том, что как показывает опыт, конспирологи, отрицающие высадку янки на Луне в качества довода приводят тот факт, что имеющимися в распоряжении астронавтов фотокамерами невозможно было делать фотоснимки. В частности из-за нагрева.
Приведу типичные диалоги и доводы.
Итак типичный диалог. https://aftershock.news/?q=comment/8115249#comment-8115249
Буквой К обозначены слова конспиролога, буквой О – возражения оппонента.
К - Там еще куча вопросов и к отсутствию защиты камер и фотопленки от перепадов температуры, и к отсутствию дефектов на негативах (пыль и грязь на объективах, высыхание желатинового слоя, отсутствие трещин на пленке при охлаждении и отсутствие муара при нагревании фотопленок).
О - От каких перепадов? Вы физику школьную знаете?
К - …надо вспомнить, что происходило бы на Луне с камерой на солнышке, и что -- в тени.
О - Да ничего не происходило. А с чего бы чему-нибудь на Луне(еще раз на Луне) происходить? Ну напишите хотя бы словами словами (качественно), раз формулами не можете. Боюсь и словами-то не сможете. Или может все-таки попробуете?
К - Но я, в отличии от многих, знаю и практику. Как фотограф, успевший поработать с фотоплёнкой.
При минус 15-20 постепенно трескается фотоэмульсия. При минус 50-60 начинает рваться сама основа фотоплёнки. Фотографы в таких условиях прячут камеру под куртку или в специальный фоточехол (в котором и руки спрятаны, типа муфты).
При плюс 35-40 постепенно появляется на пленке вуаль. При плюс 60 она станет неизбежной.
…. И от сильного нагрева вуаль тоже должна быть.
О - Почему должен быть "сильный нагрев"? Чем он может быть вызван? Вы можете подтвердить "сильный нагрев" расчетами или ссылкой на компетентный источник?
------------------------------------------------------------
На этом диалог не закончился, но конспиролог так и не смог ответить на вопрос : как быстро и до каких температур нагревается фотокамера на Луне?
Вот еще один типичный монолог при обсуждении подобного вопроса, позаимствованный из просторов инета:
К - Вы слышали когда нибудь о влиянии температуры на светочувствительность фотоплёнки при экспонировании? А какая температура была на солнечной стороне Луны? Что-то около +180 С. И что камера не перегрелась, а плёнка не спеклась? А смазка внутри камеры в вакууме не испарилась, не потекла от перегрева и на линзы налётом не легла? А был ли одет на камеру термостабилизирующий чехол? И как тогда нажимались кнопки? Попробуйте нажать через фуфайку. Ну как? Нажали? Даже нащупать не можете. Да но в тени ниже-120С, что камера не замёрзла? При перемотке плёнка не трескалась? Как только стало ясно что ширпотреб был взят в открытый космос для меня всё стало понятно. Камера как вещь имеет определённые условия эксплуатации и как только она попадает в духовку или сосуд дьюара можно только догадываться что с ней стало.
------------------------------------------------------------
Вот поэтому я и попросил вас оценить как быстро и как сильно может нагреваться фотокамера на Луне.
Еще раз скажу, что это задача должна быть по силам ученикам окончившим школу.
Комментарии
Под прямыми лучами солнца корпус камеры нагреется очень быстро, атмосферы нет и охлаждать его нечем. А дальше внутренняя поверхность камеры будет работать как вторичный источник ик-излучения для потрохов камеры и они нагреются также достаточно быстро, потому что это полость, замкнутая система по зак. Кирхгофа. На Луне, на солнечной стороне температура любой поверхности нагревается более чем на +100 градусов цельсия.
Но ещё все зависит от конкретного места на поверхности - угол падения солнечных лучей играет роль. На полюсах луны температура всегда минусовая. Сильно минусовая.
!0 секунд? 10 минут? 10 часов?
Еще раз это задача посильная для школьников, изучавших физику
Уравнения простые, естественно и допущения какие-то сделать нужно
Ну давайте посчитаем.
Будем считать прямой нагрев поверхности площадью примерно 30х30 см (камера), то есть около 0,1 м2 корпус камеры стальной.
Энергетическая светимость Солнца W = b * T4, где b это постоянная больцмана = 5,67 * 10-8 Вт/(м2*К4). Мощность излучения Солнца P = W * S, где S площадь поверхности Солнца. S = 4 * pi * r2,
где r - радиус Солнца.
Площадь на которую падает этот поток можно получить как S2 = 4 * pi * L2, где L - расстояние от Солнца до Луны, примерно 1,5 * 1011 метров.
Тогда количество энергии, посылаемое Солнцем в единицу времени на площадку 1 м2 будет E = P/S2
E = (b * T4 * r2)/L2 =1,4 кВт/м2
Умножим на 0,1 м2. На камере это будет примерно 130 Вт
Ватт это джоуль в секунду. Теплоемкость стали где-то 500 Дж/кг*градус
Соответственно при такой энергии килограмм стали на Луне нагреется прямыми лучами Солнца на 1 градус примерно за 4 секунды. На 100 градусов за 6 минут. Но это килограмм. А в корпусе камеры там сколько грамм? Даже не во всем корпусе, а в одной крышке со стороны Солнца. Где-то грамм 500, мне думается. Значит за 3 минуты стенка камеры нагреется на 100 градусов цельсия.
Где я ошибся?
Видите как все просто
Остается уточнить и сделать более предположение
1. о материале корпуса, почему сталь?
2.. Реальной площади
Но самое главное
1. Об углах падения солнечного света. Ракурсе съемки. Снимать против Солнца бессмыслено
2. Коэффициенте поглощения и отражения энергии. Как известно белые предметы плохо нагреваются(если говорить обыденным языком)
1. Вряд ли в такую экспедицию приборы будут делать из легко ломающихся материалов. К тому же не известно ещё как солнечная радиация подействует на пластик и на пленку внутри не экранированного прибора.
2. Ну я смотрю на эту камеру и она не маленькая. Прикинул примерно 30 х 30 см. Может меньше, спорить не буду. Взял чисто для облегчения расчетов 0,1 м2
Об углах падения нам ничего не известно, считаем за 90 градусов.
Коэффицент поглощения зависит от покрытия. Согласен, не учел. Только в тепловидении это называется коэф. излучения (потому что за эталон берется АЧТ с коэф. и. = 1) Если обычная сталь, светлой окраски, то у неё коэффицент примерно 0,7. Значит увеличиваем время нагрева на треть.
А вот это точно нет.
90 градусов годится для оценки наименьшего времени нагрева. А там, если не ошибаюсь уже косинус пойдет
Кроме того и коэффициенты отражения тоже от угла сильно зависят
Ну в общем вы задачу оценочно для самого напряженного момента и при достаточно разумных предположениях решили
Дальше все упирается в то, как рассчитать коэффициенты, о которых мы говорим
Можно еще провести довольно простой эксперимент. Вполне по карману - заказать стеклянную сферу радиусом несколько десятков сантиметров, поместиь туда типовой фотоаппарат с термометром, откачать воздух (не нужен глубокий вакуум) и поставить в земных условиях на Солнце. Это будет как на Луне.
НЕ думаю, что это дороже тысячи долларов обошлось бы.
Ну не совсем как на Луне. Солнечная постоянная-то другая - атмосфера Земли поглощает и рассеивает и ваша сфера тоже.
А теперь ответьте на главный вопрос - вам этих посчитанных нами минут хватит для съемки того видео, что сделали американцы?
Учитывая, что 100 градусов это охренеть как много и для деградации пленки хватило бы и 50-60?
Я там ниже посчитал для латунной камеры размером 10 х 15 см. Получилось, что нагрев до 50 градусов это всего 3,5 минуты. Даже если взять не прямой угол падения лучей, а с косинусом, то получим 5 минут. Ну пусть даже до 70 градусов нагрева и под углом Солнца 45 (косинус 45 = 0,5) это получится 12 минут. И это уже будет "сварившаяся" пленка. Значит надо прекращать съемки раньше.
И что?
Ну это же экстремум.
Против Солнца никто не снимает. Снимают как раз то, что освещается Солнцем. А значит камера в тени астронавта
И вообще камеру могут поставить в тень спускаемой капсулы и снимать и снимать.
Не надо считать янки за дураков, которые не могут посчитать (тепловой режим) то, что может каждый школьник. Вы же по наводке данной мною Баске смогли прикинуть
Это не более чем ваши личные предположения. А учитывая, что "тепловой режим" должны были считать голливудские режиссеры, физическое образование которых оставляет желать лучшего...
А если серьезно. Вы же поставили нам вопрос - "посчитайте за сколько". Мы посчитали.
Теперь ваш ход - посмотрите КАК велись съемки. Сколько времени камеры реально проводили вне какой-либо тени?
Уважаю
Вполне сопоставимо с реальными фактами:
При открытии люка шлюзовой камеры и при выходе Леонова в космос температура скафандра на освещенной солнцем стороне составляла +60°С, в тени –100°С.
как вы понимаете этот термин? Температура чего была либо +40 либо -160?
Вот вам и ответ Ваш же вопрос: при открытии люка температура по больнице была от +40 до -минус 160.
Ничего не понял
Так и запишем. Тупица с роликами..
Скафандр имеет постоянный теплообмен. Без него разница была бы больше, но не понятно о каком слое скафандра инфа. Плюс материал скафандра подобран для минимизации поглощения и излучения.
Великолепно!
Заметил ТС по методичке тупыми вопросами заваливать начинает, всё время расширяя и расширяя круг доводя до абсурда или полной невозможности подсчёта, и когда доводит до такого состояния, радостно взвизгивает, типа ага вот вы и слились )))
Такой тупорылый и детский приём, но многие ведутся.
Я ведусь. С упоением читаю оракла. Приходится много общаться с детьми подростками, хотя часть из них ушли далеко вперед по качеству аргументации, большинство все же на его уровне. Мне тяжеловато настолько снижать логику и последовательность мышления, посему внимательное изучение постов автора ветки расширяет представление о стратегии общения. Лично для меня полезно, хоть и смешно иногда.
Лошара, тебя в очередной раз уделали - обтекай! Надеюсь это доказательство не нужно в отдельный материал оформлять?
Любые твои разборки по лунному вопросу всегда заканчиваются одинаково. Иногда лучше молчать!
P.S. Если что - это наши личные разборки...
Можешь и в тень поставить, но поверхность вокруг нагретая до 150 излучает во все стороны. Сдается мне ипотеку взял, комменты к статьям набираешь?
Upd: сегодня больше не подаю, интегрально со всех сторон - сопоставимая мощность. Реально же часть уходит вглубь.
И сколько конкретно?
Соотнесите с солнышком 1367 вт/м2. Сможете? Или слабо?
не можете. снизу на камеру подается ИК излучение от нагретой поверхности Луны (это очевидно), мощность этого излучения лунным днем равна 1367 Вт/м2 (это не так очевидно, но если вспомнить, что температура поверхности стабилизируется на 173С- то это значит, что вся упавшая энергия была переизлучена обратно) и что совсем не очевидно- так это то, что нагрев от этого ИК гораздо сильнее, чем от Солнца, ибо Солнце светит точечно с одного направления, а лунная поверхность- светит как поверхностный источник вблизи- то есть, как полусфера! со всех сторон, кроме верхней, то есть, нагрев от него в 5 раз сильнее, чем от Солнца. хреновая тень на сковородке получается. вроде, и в тени, а пригорает попа еще активнее.
Докажите
И вообще камеру могут поставить в тень спускаемой капсулы и снимать и снимать.
Вы находитесь в духовке, у которой со всех сторон разогретые до 180С стенки, а с одной стороны (сверху) окошко, в которое светит Солнце. Если вы закроете окошко бумажкой, то Вас продолжат прогревать мягким приятным ИК стенки духовки. да, Вам станет несколько легче (процентов на 20), но не более. это не такая тень, что прям лег в нее- и прохладой подуло, нет. в нее лег, и если на солнышке припекало со всех сторон- то в этой тени макушку греть перестало. а вот бока, попу и нижние полушария мозга- как грело, так и будет греть дальше.
Если держать в руках, то косинусы не нужны. Площадь проекции по нормали. Если просто считать, то представьте, что держите шар.
По моим прикидкам. Условно:
Плотность солн излуч - 1300вт/кв.м
площадь горизонтальной проекции 400кв.см = 0,04кв..м
Общая теплоотражающая площадь 1000кв.см = 0,1кв.м
Плотность переизлучение в ИК (ну оч.. прибл) 100вт/кв.м
Материал сталь вес 3кг, теплоёмкость 500дж*гр*кг, коэфф отражения -0,7
Поглощает 15,6 Вт, переизлучает 10вт = в нагрев 5,6вт
3кг*500дж/5,6 = 270сек на 1гр. или 4,5мин на 1гр.
За час нагрев где-то на 15 гр
Но: а) это расчёт детсадовский
б) он ничего не доказывает и не опровергает.
Очень смущает насчёт герметичности камеры и смазки.
Переизлучение ужмите раз в несколько. если температура камеры 100С= 373К, и она абсолютно черная, то она излучает 373^4*5.67*10^-8 = ~ 1000 Вт/м2. а если ее температура 50С = 323К- то уже только 600. а если ее температура 20С- то уже только 400.
но камера-то у нас не абсолютно черная, камера у нас белая (условно), с сигмой ~0.5, то есть, наше излучение надо еще раз располовинить. и остается у нас только от 20 до 50 Вт при Вашей площади переизлучения. но к ним расчетам надо добавить ИК от поверхности луны. А это ИК оказывается неочевидно большой (больше, чем от Солнца! в разы!)
Спасибо за ориентир по переизлучению.
Ну увеличится скорость нагрев раза в 2-5 раз. Порядок более-менее ясен. Расчёт-то детский, все цифры по памяти. Площади и материал из пальца. Соб-но автор так и просил. По посту т.ск. и расчёт )))
В НАСА все-таки инженеры, а не халтурщики.
Наверное, не один тест провели Представляете, сели на Луну, и тут заело пленку
Вообще-то более удивительным кажется фотографирование обратной стороны Луны советским автоматом. И передача изображения га Землю
Но ведь никто не говорит, что это липа
https://www.ixbt.com/digimage/hasselblad-x1d.shtml
Магниевый корпус.
Это все не важно, поскольку в тени камера почти не остывает, как горячий чай в термосе.
То есть быстро сфотать и убрать камеру в тень, чтобы остыла не получится.
Вы правы.
Но сценарий может быть и такой - снимать закрывая собственным телом. Ведь против Солнца вообще снимать бесполезно
Что значит "против Солнца"? Камера может вообще смотреть перпендикулярно направлению на Солнце. Но прямые солнечные лучи будут нагревать бок камеры. Вот о чем речь-то
Специалист, однако. Есть такой метод съёмки, контражуром называется.
"закрывая собственным телом" - Матросов позавидовал бы хероям виртуальных открытий....
Для начала, корпус латунный и весьма тонкостенный, покрашен в белый цвет снаружи (и в невероятно матово черный внутри), что дает коеффициент отражения около 90%. Ширина камеры чуть меньше 10 см, точно не помню, длина около 15 см. С весом почти не ошиблись, но он сильно зависит от объектива, на фото в заголовке что-то вроде "планара", так что ладно.
Ну и так можно. 10 Х 15 см = 0.01 м2. Значит на камеру упадет 14 Вт энергии
Это 0.2 мм? Ну ок. Тогда вся стенка при плотности латуни 9 г на см3 будет весить всего 30 грамм.
Латунь имеет теплоемкость 380 Дж/кг*град. Значит на один градус эти самые 30 грамм нагреются всего за 0,8 сек. (380/14*0.03). На 100 градусов за 1 минуту 20 сек. Это если не учитывать коэф. отражения. Вы указали 0.9. Хорошо, значит за 800 секунд. нагреется на 100 градусов. Или за 13 минут. Учитывая, что камеру вынесли из внутренностей корабля, где температура уже плюсовая (допусти 25 градусов). Тогда до 100 градусов нагреется за 600 сек или за 10 минут.
Но там комментах ниже речь шла даже о 50 градусах. Это всего 3,5 минуты от 25 градусов.
Вы путаете нагрев латуни стенки и нагрев пленки. И не забывайте, что с однлй стороны наг рев а с другой остывание.. теплопроводность латуни высокая.
поскольку атмосферы нет, конвекция отсутствует, вся тепловая энергия, сообщенная стенке камеры тут же передается внутреннему объему в виде инфракрасного потока как от вторичного источника излучения. Очень быстро для тел внутри полости устанавливается температура равная температуре стенок полости - это зак.Кирхгофа для замкнутых термодинамических систем.
Какова была температура на внутренней поверхности посадочного модуля?
Зы вы вообще не смогли сформулировать условия задачи.
Крайний респект пользователю. Я так не умею.
Поскольку атмосферы, которая удерживала бы собственное ИК излучение аппарата нет, то корпус начнёт быстро остывать....
Которые нифига замнутой системой не является.
нету остывания с другой стороны. на камеру светит Солнце с температурой 5500К, а камера сама- светит как нагретое тело с температурой 300К, которое, можно сказать, не излучает почти ничего, чтобы ее излучение стало как-то ее охлаждать- надо ее нагреть хотя-бы градусов до 700, и то- милливаты с м2 получите мощность излучения.
нагрев латунной стенки будет происходить сразу с момента попадания ее на свет и идти линейно (с постоянной скоростью) за счет лучистого теплообмена. Нагрев пленки внутри будет происходить с задержкой на 10 минут за счет кондуктивного теплообмена, который начнет передавать тепло от поверхности камеры в ее внутренности примерно с такой же скоростью, с какой тепло подводится к внешней поверхности в тот момент, когда разница температуры поверхности и потрохов достигнет градусов 10 (то есть, через пару минут). теплопроводность потрохов камеры- условно примем за теплопроводность дерева 0,1 Вт/м*К. При разнице температур поверхности и пленки в 10С, площади сечения соединяющих их конструкций в 1 см2 и длине пути от поверхности камеры до самой пленки в 10 см получим тепловой поток от стенок в пленку 10*10-4/10-1 = 10-2 Вт. При массе катушки пленки в 50г и теплоемкости как у полиэтилена (1 кДж/кг*К) это даст скорость нагрева катушки в 10-2 Вт /( 50г* 1,0 Дж/г*К) = 2*10-3К/с. за 20 минут пленка будет нагреваться (при этих условиях!) на 2К. разница температур 20К, расстояние от поверхности до катушки 5 см, масса катушки 10г- и за те же 20 минут пленка нагреется на 40К. Площадь сечения всех подходящих к пленке соединителей 2 см? 80К. Соединители не из дерева, а из пластика? У него теплопроводность в 5 раз выше. Из железа? в 500 раз выше.
Итого- температура пленки отстает от температуры поверхности камеры на единицы, максимум-десятки минут по времени.
а плёна в аппарате висит не касаясь ничего? Вообще-то она намотана на катушку. которая сидит на оси, которая вделана в те самые стенки. Кроме того плёнка проходит ко второй катушке по направляющим, которые точно так же сделаны на стенках аппарата.
Это все фигня. А вот как они протащили эту пленку через радиационный пояс туда и обратно не засветив - вот вопрос из вопросов...
А вы докажите, что засвет должен быть
Возьмите данные по
1. предельно допустимому уровню облучения пленки
2. уровень дозы облучения на трассе Земля-Луна и обратно
3. и сравните цифры
вот тогда будет предметный разговор. А пока только трепотня
Тут-то какк раз всё просто. Если человек туда сюда пролетел и не засветился, то и плёнка не засветится. И в крайнем случае в корабле можно сделать бокс для фотоаппарата и плёнки из свинца
Какитм типом излучения должны были "засветить" фотоплёнки? Заранее спасибо.
Рентгеновское, например, засвечивает.
А теперь ответте себе на вопрос, много ли ренгеновского излучения в поясах Ван Алена?
Какого типа ионизирующее излучение в полясах Ван Алена (их вообще-то три).
Ответте на вопрос, что такое БЭР, и почему он называется Биологический Эквивалент Ренгена?
Ответте себе на вопрос, как и почему на разные типы излучения БЭР разный?
Страницы