0g pool: ¿puedo mantener una gran bola de agua en el espacio?

Hay una piscina de 0 g disponible para los huéspedes. Quiero que sea una gran bola de agua de 10 m de diámetro. ¿Puede funcionar?

No creo que puedas hacer que esto funcione como lo has imaginado. Veamos algunos de los problemas:

1. Tercera Ley de Newton

   Al nadar, empujas contra el agua y el agua te empuja hacia atrás. Tú avanzas y el agua retrocede. El agua también es bastante buena para transmitir ondas. El resultado es que en una piscina esférica, el agua a flote fuerza el agua hacia abajo, y esa fuerza viajará en una onda hacia el otro extremo de la esfera y creará un chapoteo allí (aunque si va 10 m hacia el extremo opuesto de la piscina, estará bastante repartido). Entonces, cada movimiento de cada nadador causará una onda en algún lugar de la esfera. Esto contribuye al segundo problema:

2. No hay manera de mantener el agua flotando libremente

   Suponiendo que no desea una solución ondulada a mano como algún tipo de campo de fuerza, no tenemos una buena manera de mantener el agua donde la desea. El agua no es magnética, por lo que no puedes usar un campo magnético, y si tratas de introducir algo magnético en el agua, terminará concentrándose en el centro de la piscina.

   No puede usar chorros de aire para mantener el agua en el centro; si está bombeando aire (a través de los chorros de aire), debe sacar el aire o el aire se volverá cada vez más denso (hasta que sea lo suficientemente denso como para dominar el chorros de aire). Lo mismo ocurre específicamente con el aire justo al lado del agua: el aire estará circulando. Eso significa que tiene que haber lugares en la superficie del agua donde el aire fluya lejos del agua, y el agua intentará irse con él.

   Tampoco cuentes con la tensión superficial para salvarte: es trivial en la Tierra crear un chapoteo en una piscina, y eso es superar tanto la tensión superficial como la gravedad.

   Además, la conservación del impulso no es tu amigo aquí: si te sumerges en la piscina y te detienes, ese impulso debe transferirse a la piscina. Entonces, sin intervención, la piscina comenzaría a desplazarse hacia un lado de la habitación. Además, buena suerte tratando de anular perfectamente el impulso.

3. Adhesividad del agua

   Por lo general, no pensamos demasiado en esto porque en la Tierra la gravedad hace un buen trabajo al ayudarnos a secarnos. Pero piensa en lo que sucede cuando sales de una piscina: todavía estás mojado. En microgravedad, este es un problema importante porque el agua que se te pega no tiene fuerza para intentar quitártela, por lo que saldrías del agua y tendrías la cara todavía cubierta por ella. Sin embargo, este es un problema más fácil de resolver: un poco de crema hidrofóbica en la cara (especialmente alrededor de la nariz y la boca), y podrá salir del agua y respirar.

4. desorientación

   ¿Alguna vez te sumergiste bajo el agua y luego giraste? Es bastante fácil perder el sentido de qué camino está arriba, aunque una vez que dejas de girar, la gravedad te dirá qué camino está arriba. En una piscina de gravedad cero, este no será el caso. Una vez que te sumerges en el agua, no tienes un sentido real de qué camino es "arriba". Si la esfera tiene 10 m de diámetro, esto podría ser un problema importante; a menos que seas un buen nadador, existe una gran posibilidad de que no puedas nadar tan lejos antes de quedarte sin aire y entrar en pánico. Entonces, a menos que esté de acuerdo con que las personas se ahoguen, no se le debe permitir nadar sin un tanque de buceo.

Probablemente hay un par de otras cosas que no he cubierto aquí, pero estas deberían ser suficientes para ayudarlo a ver que, por increíble que suene, una bola de agua que flota libremente no es una buena idea para una piscina. En su lugar, sugeriría que tenga un tanque de agua (tan grande como desee) del que las personas puedan salir y entrar a través de una esclusa de aire. Usas equipo de buceo cuando nadas en él, además de la crema hidrofóbica que mencioné anteriormente. Finalmente, debe asegurarse de que el sistema de filtración de agua pueda separar el aire que los buzos han exhalado y bombear solo agua nuevamente.

Sí, esto es posible. La bola de agua podría mantenerse en su lugar con ventiladores de aire igualmente espaciados para empujar el agua salpicada hacia atrás desde todas las direcciones.

Sin embargo ...

A 10 metros de ancho (5 metros de profundidad) existe un grave riesgo de ahogamiento. En 0g, la adherencia del agua y la ligera diferencia de densidad harán que los objetos suspendidos ("nadadores") sean envueltos y atraídos hacia el centro de la pelota.

Para ver un ejemplo de cómo el agua envuelve objetos en microgravedad, mire este ejemplo de Chris Hadfield y la toallita húmeda . Observe cómo el agua se adhiere a la tela y comienza a extenderse por sus manos. Con una escala de hasta 10 metros de ancho, el agua que se extiende será lo suficientemente profunda como para ahogarte si no puedes limpiarla a tiempo por tus propios medios.

Aquí hay otro video, con Mark Wiesgel, un ingeniero de gravedad cero, que demuestra cómo se comporta el agua en microgravedad y confirma que usted se sentiría atraído por el agua .

Otro video más que muestra cómo el agua se adhiere a los objetos y los atrae hacia el centro, esta vez, una cámara Go Pro. Observe cómo el agua se pega a las manos del astronauta más tarde: estaba siendo "asimilado" por ella. (Recuerde que también estamos hablando de una esfera de agua de 10 metros de ancho).

Es posible que se requiera equipo de buceo. O las cuerdas guía tendrían que cruzar la bola de agua, los nadadores necesitarían amarres, o tendría que ser un pasatiempo "solo para bucear" (es decir, suficiente impulso para pasar a través de la bola de agua).

Otra opción sería hacer girar la pelota, lo que haría que los objetos más densos fueran empujados hacia la superficie, pero aún existe el problema de tratar de escapar del agua. Aquí hay un video que demuestra cómo las burbujas de aire convergen a lo largo del eje de rotación y las hojas de té y otros objetos son empujados hacia afuera por la fuerza. Sí, la densidad importa en microgravedad.

Otras respuestas mencionaron que el agua salpicó, como un problema. Sí, habrá mucha agua salpicando.

Pero realmente, esta es una oportunidad: el agua que salpica es succionada por bombas en las paredes una vez que llega a las paredes, luego se limpia, tal vez se regula la temperatura y se expulsa en chorros hacia la esfera desde la dirección apropiada para cancelar la esfera. movimiento de alejamiento del centro.

A diferencia de los chorros de aire que no funcionan (¿adónde irá el aire después?), esto debería funcionar al menos mientras haya personas salpicando dentro de la esfera.

Es probable que toda el área se vuelva más y más salpicada con más gotas de agua mezcladas en el aire, por lo que también querrá algo de circulación de aire con un sistema que filtre el agua del aire y la coloque en el sistema de reposición de esferas.

Pero, como se dijo, 10 metros pueden ser peligrosos. La natación debería funcionar como en la Tierra, pero bucear sin cuidado y sin equipo de buceo no sería una buena idea. Para mantener a las personas orientadas, es probable que desee una iluminación fuerte: bajo el agua, nadarían hacia la luz más fuerte para llegar a la superficie. también podrías

• usar esferas más pequeñas
• Nada te impide dirigir los chorros para aplastar la esfera en otra forma. Por ejemplo, podría convertirlo en una especie de bloque redondeado de 5mx5mx2m (cuadro delimitador) disparando principalmente chorros de agua desde dos lados opuestos.
• o tal vez un cilindro de 2x10m? Al hacer que el agua fluya de un extremo del cilindro al otro, sería fácil mantenerlo centrado, eliminar los chorros, el agua salpicada lateralmente solo se agregaría al flujo de entrada existente.

El agua se adherirá a tu cara cuando salgas, pero sacudir tu cabeza debería generar casi tanta fuerza centrífuga como la fuerza gravitatoria de la Tierra (prueba: sacude tu cabeza con cabello largo. El cabello puede subir incluso más de 45 grados [1]), fácilmente sacándolo de encima.

[1]El diámetro aumenta con el cabello más largo, pero aún así.

De hecho, no estoy de acuerdo con muchas de las respuestas anteriores y digo que, si bien es posible que puedas crear una bola de agua de 10 m de diámetro en un entorno de 0 g, nadie nadará en ella.

Suponiendo una gota perfectamente esférica, la diferencia de presión entre el exterior y el interior de la gota será$\Delta p = \frac{2\gamma}{R}$de la ecuación de Young-Laplace , donde$R$es el radio de la gota y$\gamma$es la tensión superficial. Entonces, para una gota de agua con un radio de 5 m ($\gamma = 0.072 \textrm{ N/m}$), la diferencia de presión entre el interior y el exterior será$\Delta p = -0.0288 \textrm{ Pa}$(el signo negativo se debe a que es una gota de líquido, por lo que la presión dentro de la gota será menor que la presión en el aire.

Lo importante aquí es que esto es pequeño. Realmente pequeño. Un chorro de aire que se mueve a 1 m/s detenido por una superficie ejercerá una presión de$p = \frac{1}{2}\rho v^2 = 0.6 \textrm{ Pa}$. Debido a que la gota no es una superficie sólida, esto hará que la superficie de la gota se distorsione localmente. Cuando la superficie se distorsiona, el radio de curvatura local cambia. Volviendo a la ecuación de Young-Laplace anterior, es posible que el líquido quiera estabilizarse, lo que hará que se rompan pequeñas gotas.

Las personas que nadan, o simplemente golpean la superficie de la burbuja, causarán fluctuaciones de presión varios órdenes de magnitud mayores que las causadas por un chorro de aire suave, lo que significa que es poco probable que la burbuja se mantenga unida bajo la fuerza de los nadadores. La respuesta de Erin aborda una forma de manejar esto, pero una vez que vas a un sistema con caparazón como ese, ya no estás trabajando con una burbuja hecha solo de agua.

De lo que estás hablando está, por supuesto, más allá de la ciencia de hoy. Pero si, en su historia, la ciencia de la gravedad está mucho más allá de la nuestra, entonces, ¿por qué no?

Voy a abordar esto desde un punto de vista de seguridad y logística en lugar de un punto de vista científico, porque realmente, puedes hacer cualquier cosa con la tecnología adecuada en un universo ficticio. Lo sé, lo sé, esto tiene una etiqueta de física, pero hay más barreras para esto además de la física. Preguntaste si era posible, y voy a abordarlo desde un ángulo ligeramente diferente.

El borde exterior de la pelota tendría que tener una tensión considerable, lo suficiente como para que los nadadores no se dispersen si va a funcionar. EDITAR: Pensando en esto, debería tener varias capas para que las personas puedan nadar: la capa uno es la capa exterior "más dura" de la que nada escapa, excepto los puntos de liberación, tal vez en la parte superior y tal vez en la parte inferior . La capa 2, la capa interna, se encarga del chapoteo y la liberación de burbujas y la física de la acción de nadar, la mayoría de las cuales rebota en la capa 1, si es agua.

Recomendaría que los nadadores tengan aparatos de respiración, porque una vez que están en la pelota, estarían bajo el agua. Suena como si quisiera que sucediera la natación en la superficie, lo que no debería ser posible en este modelo, a menos que esté dispuesto a que la parte superior sea plana, como el agua normal. De lo contrario, corre el riesgo de ahogar a la gente, porque si se mantiene unido de esta manera, empujar a través de la tensión superficial debería ser muy difícil para los nadadores. Incluso si no lo es, la mayoría de las personas tendrían dificultades para orientarse en la pelota. Puedo ver personas ahogándose simplemente porque "se perdieron" y estaban desorientadas. Tampoco hay nada de lo que empujarse, no hay fondo... Si hay una manera de morir, la gente la encontrará...

Hay algunos problemas logísticos sin que ninguna estructura lo toque. ¿Cómo entraría realmente la gente en el agua? La superficie del agua tendría que manejarse minuciosamente, por lo que si también está planeando que las personas "floten" por el aire para entrar, eso podría ser un problema. Podría haber un trampolín arriba, pero una vez que están adentro, ¿cómo salen los pobres idiotas?

Así es como lo configuraría: bola de agua a unos 5-9 pies por encima de una piscina normal. Entonces, tal vez se sumergen arriba y luego salen, aterrizando en el agua ordinaria de abajo. La piscina debajo tendría que ser principalmente para salir de la pelota y no para ningún otro propósito, O podría tener una enorme piscina regular donde las personas puedan nadar de la manera normal, con una parte separada, utilizada solo para salir de la pelota. o agua EDITAR: Por lo tanto, debe haber puntos de entrada/salida en la parte superior e inferior de la bola en caso de emergencia. Esto definitivamente sería controlado, como cualquier actividad levemente peligrosa como la escalada en roca, la espeleología, ese tipo de cosas. No lo veo como algo que todo el mundo quiera hacer o sea capaz de hacer. El tiempo en la pelota estaría necesariamente regulado y supervisado.

Por razones de seguridad yo

• Tenga varios salvavidas dentro de la pelota (también les dirían a los nadadores cuándo salir, antes de que se agoten los respiradores)
• Haga que cada nadador dentro de la pelota reciba un respirador de algún tipo que sea difícil de perder, así como gafas protectoras.

Las personas que nadan en la pelota serían del tipo aventurero, como el tipo de personas que hacen tirolesa. Serían niños mayores de cierta edad, firmarían renuncias. Veo esto como una especie de "experiencia" de resort de lujo como esos muros de escalada que se encuentran en los cruceros, excepto que son más exclusivos. También se suma a la experiencia de los nadadores en el lado ordinario de la piscina, porque pueden mirar hacia arriba y ver esta maravilla.

Tomaré un poco de un enfoque lateral a la pregunta. No necesitas agua.

En la recreación terrestre, las piscinas de agua se utilizan para combatir la gravedad (nuestros cuerpos son casi tan densos como el agua, por lo que flotamos en la superficie) y propulsan a los nadadores. En su hotel de gravedad cero, ya tiene nadadores capaces de ir a cualquier parte sin tener en cuenta la gravedad. Debe brindarles técnicas para impulsarse (piense en latas presurizadas de crema batida para una fiesta dulce) y también, posiblemente, recrear el grado de aislamiento y soledad que tenemos mientras nadamos bajo el agua (máquinas de niebla de nitrógeno, materiales de pared que absorben el sonido ).

Probablemente sea posible con la tecnología actual. Un hecho clave es que el agua es ligeramente diamagnética . Combinado con (1) tensión superficial y (2) poderosos electroimanes controlados por computadora que rodean la habitación que contiene la "piscina", sospecho que podría hacerse.

El precio de llevar el agua a la órbita puede ser casi cero, ya que se puede encontrar agua (congelada) volando por ahí, y también hay mucho calor (exposición en el lado del sol) disponible gratuitamente. Probablemente podamos darnos cuenta de que la tecnología y la metodología relacionadas para la extracción de cometas estarán disponibles para cuando hagamos hoteles espaciales con una compensación de gravedad cero decente (no necesariamente "antigravedad").

Lo primero que me preocuparía sería quedar atrapado dentro de él. El agua es mojada y se resiste a que las cosas rompan su superficie. Una vez que esté completamente dentro de él, podría ser difícil volver a exponer su boca/nariz al aire. El agua querrá permanecer esparcida sobre ellos y puede "estirarse" para mantenerlos cubiertos. No habrá mucho contra lo que empujar para forzar su camino.

Realmente no sabemos cuánta (qué tan poca) fuerza se necesita. La esfera de agua tenderá a mantener cierta forma de forma natural. La inercia básica tenderá a mantener su posición. Cualquier campo magnético externo solo se usaría para contrarrestar el movimiento de toda la esfera lejos del centro. Las intensidades de los campos magnéticos podrían ser pequeñas. (¡Sería divertido probarlo!)

Sí, una bola de agua, sin importar su tamaño (cuanto más grande, mejor) se puede mantener en el espacio en forma esférica. Las más grandes de estas bolas de agua se conocen como Ocean Planets y son realmente grandes.

De todos modos. Sí, usted puede hacer esto. El agua tiene fuerzas cohesivas lo suficientemente fuertes como para permanecer juntas. Además, si construyes el contenedor de esta burbuja con una sustancia hidrofóbica fuerte (como la cera de las hojas coriáceas), ayudará a mantenerla aislada.

Según la pregunta, la gravedad artificial está disponible en las áreas comerciales y de vivienda. Si la sala de la piscina también tiene forma esférica, simplemente necesitaría una matriz uniformemente espaciada de estos generadores de gravedad artificial. A medida que la pelota se desplaza hacia una pared, un generador de gravedad en el lado opuesto podría encenderse brevemente, tirando de la pelota hacia el centro. Si los generadores de gravedad pudieran generar gravedad negativa, entonces aún mejor: la pared a la que se acerca la bola de agua también puede repeler.

Un revestimiento hidrofóbico en las paredes significaría que incluso si la bola de agua golpea una pared, sería relativamente fácil "reflotarla" nuevamente usando los generadores de gravedad.

En realidad, el problema es que la gente debe nadar encima de la piscina para respirar. Incluso si logra mantener unida la bola de agua, cualquiera que entre en esta bola no podrá salir porque la tensión superficial llevará a la persona adentro y no será posible encontrar una manera de salir.

Wow, recordé un muy buen ejemplo ahora, puedes buscar y ver el problema conocido de "hormiga en el agua". Lo mismo sucederá probablemente.

¡Buena suerte!

El punto principal aquí es que en un cuerpo de agua tan grande, la tensión superficial será trivial al lado de todas las otras fuerzas que se propagan a través de él en forma de ondas de cualquier tipo de actividad. Si nadie estuviera usando la piscina y usted lograra estabilizar el agua de alguna manera y mantener completamente quieto el aire a su alrededor (lo cual sería imposible de todos modos, ya que las vibraciones de las actividades en otras partes del hotel se transmitirían a través de las paredes) podría permanecer como una bola por un tiempo, pero muy pronto comenzaría a romperse de nuevo en bolas más pequeñas, como resultado de las fuerzas de las mareas (a menos que su hotel estuviera en algún lugar profundo, profundo en el espacio interestelar). Y, por supuesto, en el momento en que alguien interactuara con el agua de alguna manera, las ondas comenzarían a propagarse a través de ella en todas las direcciones. provocando una rápida ruptura del medio en aglomeraciones cada vez más pequeñas. El estado predeterminado para tal sistema sería una gran cantidad de bolas de agua de varios tamaños flotando aleatoriamente, interactuando entre sí y con otros objetos, pegándose a las paredes y a las personas, y tendiendo a romperse cada vez más cuando hay algún movimiento. y se unen un poco más cuando no hay ninguno. Obviamente, en tal entorno, un nadador sin equipo de buceo no sobreviviría, ya que no habría un lugar conocido donde pudiera ir y poder respirar. El agua podría estar en cualquier lugar en cualquier momento, y la respiración dependería de la afortunada coincidencia de tener las fosas nasales en medio de una bolsa de aire que, por cierto, podría cerrarse en cualquier momento mientras estás inhalando (y de hecho, probablemente haría precisamente eso, debido al movimiento del aire hacia sus fosas nasales). Lo más probable es que nada más grande que una bacteria pueda sobrevivir en un entorno así durante mucho tiempo, o disfrutar de estar en él durante más tiempo del que podría contener la respiración...

La forma más fácil de hacer esto (de hecho, muy fácil de hacer hoy en día) es introducir tensión. En otras palabras, en lugar de solo una bola de agua, haz que el agua sea una bola. Esto evitará que la "piscina" salpique por todos lados y proporcionará la presión necesaria para mantener el agua líquida si elige colocar la piscina en el "espacio", fuera del compartimiento presurizado.

Sin embargo, tenga en cuenta que necesitará equipo de respiración de todos modos.

Similar a la respuesta de mccdyl001, rodea la piscina con generadores de gravedad. Sin embargo, en lugar de encenderlos solo cuando la esfera se desvía hacia una pared, deberían estar encendidos todo el tiempo. Además, deben estar mucho más afinados para que la fuerza gravitatoria no se multiplique hacia el centro, sino que haya un centro definido (quizás dos generaciones de tecnología más allá de los generadores de gravedad lineales convencionales). La flotabilidad debería evitar que alguien no pueda resurgir. Estrictamente, no sería una actividad 0g, pero ese hecho no debería disuadir al marketing.

Dado que la gravedad se aplicaría por igual en todos los lados, existiría el riesgo de que una persona u objeto que es naturalmente flotante se atasque en el centro exacto de la esfera. Por lo tanto, la gravedad debe cambiar periódicamente un par de metros hacia un lado para permitir que la persona u objeto flotante flote hacia la superficie más cercana.

Presumiblemente, una sociedad que haya desarrollado tal tecnología también tendrá salvavidas automatizados para monitorear los signos vitales de los nadadores e intervenir cuando sea necesario.