Domanda:
In che modo la "gravità artificiale" rotazionale differisce dalla gravità normale?
Mark Cassidy
2018-11-11 17:48:53 UTC
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Non sono un fisico, solo una mente curiosa.Stavo leggendo un romanzo di Iain Banks in cui veniva menzionato che il passaggio dalla "gravità" rotazionale artificiale (nello spazio, su un veicolo spaziale rotante) alla gravità reale ha causato un certo livello di disagio.

E questo mi ha fatto pensare;c'è qualche verità in questo?Voglio dire, sono consapevole che leggere un romanzo di fantascienza non fa la scienza;tuttavia mi colpisce anche come una trama improbabile da inserire se non fosse fondata almeno su una teoria reale o sulla realtà effettiva.

Quindi immagino che si riduca a questo.Dal punto di vista dell'individuo che lo sperimenta, c'è qualche differenza notevole tra l'essere ruotati e quindi provare una sensazione di gravità, a una persona che sperimenta la gravità reale (dall'attrazione della massa)?

Come è stato compiuto il cambiamento?Non è chiaro da quello che hai detto se ci fosse qualche differenza che ha causato disagio, o se è stato lo spostamento stesso a causare disagio.Inoltre, i punti di forza erano uguali?Se sei su un'astronave progettata per imitare la gravità terrestre e vai su un pianeta con una gravità superiore a quella terrestre, ciò potrebbe causare disagio.Oppure, se ti trovi ai livelli superiori della navicella, sperimenterai meno gravità, quindi andare al massimo potrebbe causare disagio.
Buona domanda.3 punti pedanti: sulla Terra, * stai * sperimentando forze di "gravità" rotazionali artificiali.Perché la Terra gira.Ma questo è trascurabile rispetto a ciò che normalmente consideriamo "gravità normale".(Inoltre, la Terra sta ruotando attorno al sole (e ruotando attorno al centro della Via Lattea ...!))
Sei risposte:
Eric David Kramer
2018-11-11 18:01:09 UTC
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Penso che un telaio rotante avrebbe sia una forza centrifuga, che imita la gravità, sia quella che viene chiamata forza di Coriolis.Quindi, ad esempio, se lanciassi una palla in aria nella stazione spaziale rotante, la vedresti muoversi anche lateralmente, perché l'esterno di una ruota ruota sempre più velocemente dell'interno.

È possibile che le persone nella stazione spaziale sentano questa forza di Coriolis, da qui la ragione del disagio.

Bella risposta.Per un esercizio istruttivo per i compiti, prova ad analizzare vari esperimenti di test di gravità, come ciò che accade quando le palline vengono lasciate cadere da un'alta torre allestita in un'enorme stazione spaziale rotante il cui bordo ruota con un'accelerazione di 1 $ g $.
Mi piace questa risposta.Quindi, proprio come cambiare gli occhiali: il disagio non è fisico, ma lo noti.
In un episodio dello spettacolo "The Expanse", viene usata una frase simile a "nel nucleo dove il Coriolis è davvero brutto".
È più o meno questo.So di aver visto alcuni calcoli su quanto piccolo o veloce puoi creare il tuo habitat senza dare alle persone nausea da coriolis, ma non sono sicuro di dove andrei a trovarlo ora (probabilmente [World Building SE] (https: //worldbuilding.stackexchange.com)).IIRC, l'effetto Coriolis crea problemi al tuo orecchio interno.
[Wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gravity#Mechanism) ha scavato una regola pratica (credenza?) Che a 2 RPM o al di sotto della forza di Coriolis sarebbe tollerabile.2RPM arriva a circa $ 0,2 $ radianti al secondo.Ciò significa che $ 1g $ o $ 10 m / s ^ 2 $ richiede una stazione con un raggio di $ 250 $ metri.
@Dithermaster "Quindi, proprio come cambiare gli occhiali - il disagio non è fisico", è assolutamente fisico, per entrambi i casi.Cambiare gli occhiali fa sì che i muscoli delle lenti debbano lavorare in modi diversi, il che li stanca.Avere forze irregolari sul tuo corpo è anche fisico.
https://www.schlockmercenary.com/2008-08-17 La "gravità" rotazionale cambia in modo significativo la balistica.
Se lanci una palla verso il centro, sembrerebbe accelerare in avanti nella direzione di rotazione e cadere davanti a te.Ma se lo lanci all'indietro alla giusta velocità sembrerebbe diventare senza peso e fluttuare nell'aria, riapparendo più tardi davanti a te.Paradossalmente dovresti lanciarlo all'indietro e verso l'alto alla giusta velocità per riprenderlo.Se corri in un modo diventeresti più pesante, ma correre nell'altro modo ti renderebbe più leggero!
@ Åsmund 10m / s è uno sprint morto per un atleta di alto livello;la maggior parte delle persone non "cammina" a 5 m / s per 6 minuti
Le forze di Coriolis ovviamente esistono anche sui pianeti rotanti, semplicemente non le sentiamo a misura d'uomo perché il nostro pianeta ha un raggio così ampio rispetto a noi.(questo è il motivo per cui le nuvole temporalesche / i modelli di vento assumono una forma curva / circolare su larga scala) In una stazione spaziale rotante abbastanza grande lo stesso principio sarebbe valido, ma in una più piccola l'effetto sarebbe pronunciato su scala umana.
In realtà, nei libri, tutti crescono su habitat di megastrutture artificiali rotanti, quindi stare su un pianeta normale è ciò che è scomodo per loro
Ci sono molti esperimenti che potrebbero rivelare la differenza tra questa gravità artificiale e la gravità reale, inclusi correre, saltare, lanciare palle ecc. Ma sarebbe evidente o causerebbe un certo livello di disagio a una persona normale?La risposta è che a meno che il raggio non sia abbastanza piccolo non lo farà.
@RyanCavanaugh Hai perfettamente ragione, sono riuscito a confondere km / he m / s.Ho cancellato il commento di Brainfart.
msouth
2018-11-11 22:58:21 UTC
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Sto speculando, ma la speculazione si basa sulla fisica reale :).

La tua esperienza fisica della gravità su un pianeta e la gravità artificiale all'esterno di una ruota rotante potrebbero essere diverse in base a quanto segue.

La forza che senti da un pianeta è $ G * m_ {you} * M_ {planet} / r ^ 2 $ (costante gravitazionale moltiplicata per la tua massa moltiplicata per massa del pianeta, divisa per la distanza $ r $ da te al centro del pianeta, al quadrato.

La forza che senti dalla ruota che gira è $ m_ {you} * \ omega ^ 2r $ (la tua massa moltiplicata per la velocità angolare (al quadrato) per $ r $ , la distanza da te al centro della ruota).

Quindi, supponi di essere su un pianeta (che normalmente avrebbe un valore molto grande di $ r $ - significa che sei molto lontano dal suo centro ), e sei seduto, poi ti alzi. La tua testa è passata da $ r $ metri a $ r + 1 $ metri (la tua testa ora è 1 metro più lontano dal centro del pianeta). Quindi, sulla terra, sei passato da circa 6,4 milioni di metri a circa 6,4 milioni di metri ... più uno! Questo cambierà la forza sulla tua testa che è probabilmente troppo piccola per essere notata.

Su una ruota rotante artificiale, avrai un valore molto più piccolo di $ r $ (supponendo che la ruota sia di gran lunga inferiore alla dimensione diun pianeta).Quindi $ r-1 $ metri (tieni presente che quando ti alzi in piedi all'interno della ruota che gira, la tua testa è più vicina al mozzola ruota, quindi è una modifica a $ r-1 $ invece di $ r + 1 $ comesarebbe sul pianeta) potrebbe essere abbastanza diverso da $ r $ metri per essere qualcosa che senti e, se hai trascorso molto tempo lì o sei nato lì, o qualsiasi altra cosa, ti abitueresti a cose (come la tua testa) "più leggere" quando ti alzi.Se questo fosse il tuo "normale", allora potrebbe sembrarti davvero strano quando ciò non è accaduto nella gravità terrestre.

Non è per questo che tali imbarcazioni devono essere piuttosto grandi?
Il termine artistico per gli effetti di cui parli è [forze delle maree] (https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force)
@RonJohn Sì, ma c'è un'economia da considerare.Per esempio.sarebbe bello se i viaggi nello spazio non richiedessero un'accelerazione così elevata come nei razzi moderni, ma è più economico addestrare alcuni specialisti a gestire quelle accelerazioni piuttosto che far volare i razzi ad accelerazioni inferiori.Allo stesso modo, le navi rotanti sarebbero costruite il più piccole possibile per un dato livello tollerabile di disagio per la maggior parte dei loro utenti.Forse a un raggio di 200 metri, noöne noterebbe la rotazione, ma 200 metri è una nave piuttosto ingombrante (e comunque funzionerebbe solo sul bordo esterno!).
Dovresti anche tenere conto del fatto che "eseguire widdershins" rende il tuo più pesante.L'effetto sembra ridursi con la radice quadrata del raggio, quindi potrebbe persistere più a lungo dell'impatto del cambio di altezza lineare.
@Luaan, sul tema dell'economia: solo perché ha un raggio di 200 m non significa che deve avere una circonferenza di 1256 m ... L'habitat potrebbe essere solo un paio di capsule di peso uniforme su un cavo di 400 m.
jamesqf
2018-11-11 23:18:54 UTC
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Per una risposta non tecnica, ricordi quando eri un bambino nel parco giochi?(Sì, lo so che sto facendo quello che forse è un presupposto parrocchiale.) Se ti sei seduto sulla giostra (questo: https://en.wikipedia.org/wiki/Roundabout_(play)) e ha fatto in modo che gli altri bambini lo spingessero molto velocemente, potevi sentire la "gravità" che ti spingeva verso l'esterno.Ma poiché stavi anche girando in un cerchio stretto, il fluido nelle orecchie ti scorreva intorno e quindi hai avuto le vertigini.

Ora scala questo fino a una stazione spaziale di dimensioni moderate.Potresti ancora avere qualche effetto sulle orecchie dalla rotazione (quanto dipende dalle dimensioni), ma poiché sei lì da molto tempo, il tuo corpo si è adattato a questo come normale.Quando passi alla gravità "reale", l'effetto di rotazione scompare, ma per il tuo corpo questo ora NON è normale.

(Se questo sarebbe effettivamente accaduto non posso dire: AFAIK nessuno l'ha provato, ma è certamente abbastanza plausibile per SF :-))

La scala della distanza potrebbe essere tale che la velocità di rotazione sia molto piccola, diciamo una volta ogni 24 ore.Gli effetti legati all'orecchio sarebbero quindi troppo piccoli per avere importanza.
@AndrewSteane Dipende da due cose: 1) quanto è grande il tuo habitat e 2) quanto velocemente gira.Più è piccolo, più velocemente deve ruotare per generare 1 G di gravità sulla superficie esterna e causare un gradiente più ripido (cioè se il tuo habitat ha un diametro di 12 piedi, la tua testa sperimenta 0 G ei tuoi piedi1 G; uno scenario estremo).
@AndrewSteane una rotazione ogni 24 ore richiederebbe un raggio di ~ 2 milioni di km per 1G
I giri allegri creano un'accelerazione laterale, qualcosa a cui le orecchie non sono abituate.La gravità e le astronavi rotanti creano un'accelerazione verso il basso, qualcosa per cui le tue orecchie sono progettate.Allora che importanza ha?
Il mio esempio di 24 ore è stato un po 'estremo.Un miglior esempio di tempistica sarebbe una rotazione di 90 minuti per una stazione spaziale di dimensioni planetarie;Rotazione di 1 minuto per una stazione spaziale in scala km.Non molte vertigini in questi casi credo.
trapper
2018-11-12 09:20:30 UTC
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È improbabile che noterai alcuna differenza a meno che il veicolo spaziale non sia abbastanza piccolo.

Ad esempio con un raggio di 50 m c'è solo una differenza del 2% tra 50 me 49 m.La stazione in questo caso girerebbe a 4,25 rpm per generare 1G.

Il 2% al metro è abbastanza.Una persona alta 2 m e 80 kg quando si alza in piedi, verrebbe lanciata in avanti con una forza di 3 kg e la verticale percepita dall'orecchio interno varierebbe fino a 18 gradi mentre lo facevi, a seconda di quale direzione stavi guardando rispetto alla direzione diviaggio.Dovrebbe essere sufficiente per inciampare o cadere se ti aspettavi che andasse da una parte e andasse dall'altra.
Non riesco nemmeno a immaginare che tipo di matematica ti abbia portato a queste conclusioni.
Il seno X approssima X per X piccolo, quindi moltiplica semplicemente la massa per la differenza percentuale per un'approssimazione istantanea.Semplici.
Tuttavia, non puoi semplicemente moltiplicare i numeri in modo casuale.3 kg non è una "forza" e il tuo centro di massa in piedi è all'altezza dei fianchi, non a 2 m da terra.
Ovviamente hai ragione sul fatto che kg non sia una forza, ma se la rotazione genera 1 g alla circonferenza, la massa sulla circonferenza è isometrica con il peso sulla terra, quindi stavo parlando in termini di peso di 3 kg sulla Terra.
Arcanist Lupus
2018-11-12 02:25:36 UTC
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Sperimentare forze rotazionali e gravità a direzione fissa allo stesso tempo sarebbe strano.

Una persona sotto l'influenza della gravità sperimenta un'accelerazione costante. Una persona in un sistema di riferimento rotante sperimenta un'accelerazione di magnitudo costante, ma la direzione cambia costantemente.

Ciò significa che se stai sperimentando entrambe le cose contemporaneamente e l'asse di rotazione non è parallelo alla direzione di gravità, l'accelerazione totale che senti sarà costantemente fluttuante. È più o meno equivalente al fatto che se fai oscillare un secchio su una fune in un cerchio verticale, la tensione nella fune è maggiore quando il secchio è vicino al suolo rispetto a quando è in cima all'altalena. >

A seconda della velocità di rotazione della tua stazione, il periodo di transizione potrebbe sembrare un ottovolante.

Ovviamente, il modo logico per eseguire la transizione dei frame di riferimento sarebbe lasciarne uno, immettere zero-g, quindi immettere il secondo. Ciò eviterebbe l'effetto delle montagne russe. Ma se saltassero quel processo, potrei facilmente vedere le persone che svuotano lo stomaco durante il processo.

Siamo spiacenti, ma non è corretto.Immagina di far oscillare un secchio su una corda in un cerchio * orizzontale *.
@Beta, bene, dipende da come ruota la stazione.* Potresti * organizzare la transizione in modo logico e non da montagne russe.Ma non devi.
Spero che non ti stia riferendo all'orientamento relativo a un pianeta: l'unica accelerazione lineare sulla stazione sarebbe dovuta al suo motore a razzo traslazionale.
La tensione su una corda su un secchio aumenta e diminuisce perché ti trovi su un pianeta che sta vivendo il suo campo gravitazionale.Ciò non si applica in questa situazione.
_ "Naturalmente, il modo logico per la transizione dei sistemi di riferimento sarebbe quello di lasciarne uno, immettere zero-g, quindi immettere il secondo." _ Perché la transizione è importante dopo che ci si trova nella centrifuga?
Martin Hasa
2018-11-13 02:06:40 UTC
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Prima di tutto, lasciatemi scusarmi per il post, in effetti stavo solo curiosando e questo ha suscitato il mio interesse.

Secondo me c'è differenza meccanica in cui la rotazione ti colpisce in questi due casi (ruoti sul pianeta mentre non sei acceso pali). Sulla superficie dei pianeti la massa ti tira verso l'interno e verso il pianeta la rotazione riduce la forza applicata su di te. Sulla stazione la rotazione funziona nell'altro modo, fondamentalmente creando gravità dal nulla.

Buona giornata.

Quindi, per spiegarmi ulteriormente: stavo pensando, che differenza avrei sentito su una stazione del genere? Il movimento verticale è una cosa. Come hanno affermato le risposte precedenti, il delta g su un metro è diverso per la stazione rispetto al pianeta. Il movimento sul pavimento della stazione, presumo, sarebbe diverso quando si cammina contro la rotazione. In tal caso la mia velocità angolare è inferiore al contrario. Mi sentirei più leggero se camminassi in una direzione? Potrebbe essere questo il fattore disorientante? E così via.

Come per il primo post. Stavo cercando di essere breve e semplificato. Per favore perdonami anche per aver massacrato la lingua inglese, non sono un nativo.

Cordiali saluti.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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