Clima alrededor de una zona de gravedad alterada

Hace miles de años, un mago creó un "camino descendente". Esta es un área de magia invisible en forma de cilindro de 3 m de diámetro, 100 km de largo, colocada de este a oeste justo por encima de la superficie de un área de tierra plana. Dentro del camino descendente, la gravedad se altera 90 grados para que tire directamente hacia el oeste en lugar de hacia el suelo. Entonces, si alguien ingresa a la carretera descendente en el extremo este, caerá libremente durante 100 km hasta que salga en el extremo oeste (y con suerte tendrá algo que lo frene allí de manera segura).

El camino hacia abajo naturalmente atrae tanto al aire como a las personas. Por lo tanto, habrá fuertes vientos soplando por el camino. Las velocidades del viento estarán limitadas por la fricción con el aire circundante fuera del camino. Debido a la fricción, arrastrarán el aire circundante con ellos, por lo que podría surgir un gran patrón climático alrededor de la carretera.

El rozamiento del aire de la bajada con el aire del exterior también provocaría el calentamiento.

Mi pregunta es esta. Aproximadamente, ¿qué tan rápido serán los vientos en el camino descendente? ¿Estamos hablando de 10 m/s, 100 m/s, 1000 m/s? Y, para seguir, ¿cuánto efecto global tendrían estos vientos? ¿Nada? ¿Destrucción ecológica de un continente? ¿Destrucción de todo el ecosistema del planeta?

"Debido a la fricción, arrastrarán este aire circundante": Uh, no. La imagen real es mucho más complicada que "un cilindro". El aire en el extremo occidental del cilindro estará a la presión que se alcanzaría en el fondo de un pozo de 100 km de profundidad, lo cual es muchísimo. (Tal vez alrededor de 180 atmósferas, pero no tengo confianza en eso). Por otro lado, el aire no está confinado en el cilindro y se purgará radialmente a alta velocidad en toda la longitud del cilindro. Entonces, lo que tienes es que el aire entra por el extremo este a una velocidad supersónica y sale durante la mayor parte de los 100 km.
Dado que las paredes del cilindro son permeables al aire, es probable que resolver el problema de manera completa y correcta sea terriblemente difícil, para su información. ¿Cómo se conserva el impulso, por cierto? si tiro un arma a través de la pared del cilindro, ¿saldrá disparada la bala por el otro lado del cilindro, ligeramente desplazada por la gravedad alterada?
@StarfishPrime Sí, la bala pasará directamente sin apenas cambios en su trayectoria (excepto que los vientos la desviarían): el impulso no se altera, solo la gravedad.
@AlexP La presión en el fondo sería menor que la presión en el fondo de un pozo de 100 km de profundidad, porque el aire no está confinado dentro del cilindro. Las áreas de alta presión extrema darían como resultado que el aire se expanda fuera del camino hacia áreas de menor presión, aliviando la presión. No sé si el aire sería supersónico. Puede ser, pero hay mucha resistencia en el camino.
Es probable que acelerar a 1 g en una distancia tan larga termine mal. Probablemente hablando de múltiples 1000 m/s y horrendos problemas de calentamiento por fricción
@Slarty será interesante porque la masa de aire se está acelerando junto con usted ... si tuviera un transporte muy delgado en forma de dardo y lo colocara correctamente, probablemente podría alcanzar velocidades bastante irrazonables sin calentamiento (fricción o compresión). Hasta que saliste al final, cuando acababas de explotar.
@Starfish Prime, puede que tengas razón, no terminaría bien.

Respuestas (1)

TL;RD:

¿Destrucción de todo el ecosistema del planeta?

Sí.

100 km de largo, establecido de este a oeste justo por encima de la superficie de un área de tierra plana

Para su información, si el mundo en el que está construyendo esto es como la Tierra, los extremos del tubo estarán a unos 200 m sobre el nivel del suelo debido a la curvatura de la superficie del planeta.

O al menos, será así para empezar. Espero que el lugar donde el tubo toca la superficie esté sujeto a vientos de una velocidad y potencia aterradoras que generarán tormentas de polvo masivas que excavarán rápidamente una depresión profunda, por lo que la mayor parte del tubo terminará muy por encima del nivel del suelo local. .

caída libre durante 100 km hasta la salida en el extremo oeste

En el vacío, el viaje duraría unos 140 segundos y alcanzarías una velocidad terminal de unos 1,4 km/s.

Debido a que estás en una atmósfera y las paredes del tubo son completamente permeables, la velocidad real del viento a través del tubo es excepcionalmente difícil de calcular, al igual que las tasas de flujo másico y las presiones. Tanto es así que ni siquiera voy a intentarlo.

Y, para seguir, cuánto efecto global tendrían estos vientos

A medida que un paquete de aire se acelera en el tubo, la presión detrás de él (hacia la entrada del tubo) disminuye y la presión delante de él aumenta. Esto podría no conducir necesariamente a presiones catastróficamente altas en el extremo de salida y un vacío en el extremo de entrada, porque siempre que la presión interna del tubo sea mayor que la ambiental, el aire se moverá a través del límite del tubo.

Claramente, sin embargo, la presión en la salida terminará siendo más alta que la presión río arriba, y ese diferencial de presión generará vientos.

Ahora, problema dos: has creado una máquina de movimiento perpetuo. Imaginemos que coloca una rueda en el límite del tubo, con una parte de la llanta dentro del tubo, y la rueda está montada en un eje vertical.

La gravedad alterada dentro del tubo tirará del borde de la rueda, haciendo que gire. A medida que cada rebanada del borde ingresa al tubo, experimenta una aceleración hasta que gira fuera del tubo, momento en el que escapa del campo de gravedad mágico y solo está sujeto a la resistencia del aire. Hasta que el objeto alcance su velocidad terminal, será continuamente acelerado por el campo gravitatorio alterno que está experimentando. Enhorabuena: has inventado una máquina de movimiento perpetuo de primera clase.

Ahora, pensemos en lo que sucede a continuación. El aire saldrá por el extremo de salida del tubo, creando una región de alta presión. El aire fluirá fuera del tubo en dirección ascendente hacia una región de menor presión y se difundirá de regreso al tubo.

Esto crea un vórtice toroidal que es impulsado por una máquina de movimiento perpetuo. En meteorología, este tipo de situación probablemente no se considere algo bueno.

Creo que a medida que el vórtice crece y se cruza con el suelo, se dividirá en dos vórtices verticales que giran en sentido contrario, como un par de tornados . Es posible que estos crezcan y eventualmente formen un solo vórtice gigante, pero no puedo asegurarlo. Todo el asunto es demasiado complicado para pensar.

No sabría decirte qué tan grande y poderosa será la tormenta circular resultante. Pero puedo decir que están siendo impulsados ​​por una máquina de movimiento perpetuo que aparentemente puede proporcionar una cantidad arbitraria de energía... probablemente haya un límite superior práctico para las tasas de flujo de aire aquí debido a factores de compresibilidad extraños, pero podrías desarrollar viento supersónico velocidades Debido a las velocidades y el volumen del aire involucrado, y la posición fija de la tormenta, arrancaría la tierra del suelo. Las nubes de polvo resultantes se arremolinarían y serían absorbidas por el tubo y aceleradas de forma gratuita, por lo que la tormenta no perdería energía al levantar y acelerar el material.

Eventualmente terminará con un huracán de arena continuo en la salida... posiblemente un par de huracanes que giran en sentido contrario. No estoy seguro de cuán grandes podrían ser. El centro de la tormenta podría tener 100 km de ancho para encajar perfectamente alrededor de la fuente de su poder. Arrojará grandes cantidades de material al cielo, principalmente polvo. Como nunca se cansa, es posible que el polvo envuelva el mundo y lo sumerja en la oscuridad. Si el tubo estuviera cerca de un océano, el océano probablemente generaría enormes cantidades de vapor de agua que a su vez producirían grandes tormentas y tal vez incluso suficiente vapor de agua a gran altura para causar efectos invernadero problemáticos.

Buena discusión, el problema es cómo podemos argumentar de manera convincente que los vientos en realidad serán supersónicos o no. Sí, es una máquina de movimiento perpetuo, que genera constantemente cierta cantidad de energía por segundo, pero ¿cómo se compara esa cantidad de energía con la luz solar total en la superficie del planeta? Si es solo el 1% de la luz solar incidente, o menos, entonces no esperaría una catástrofe completamente global.
Por ejemplo, calculo que si los vientos se mueven a 1000 m/s, el camino generará alrededor de 10 GW de energía, lo cual es insignificante a escala global. La potencia generada es proporcional a la velocidad de los vientos. Cálculo de wolframalpha basado en Potencia = trabajo/tiempo = fuerza * distancia / tiempo = aceleración * (masa de aire en el camino) * distancia / (tiempo que tarda el aire en pasar por el camino)
Además, esta generación de energía a partir de vientos de 1000 m/s es pequeña en comparación con la energía de un huracán, por lo que no sería suficiente para sostener un vórtice del tamaño de un huracán a ambos lados de la carretera. Y necesitaríamos que el aire circundante vaya muy rápido para que los vientos en el camino descendente sean de 1000 m/s sin disminuir la fricción con el aire circundante, y el aire circundante de 1000 m/s requeriría algo como un huracán o más. Entonces, quizás 1000 m/s no sea físicamente realista y los vientos serían más como 100 m/s o menos.
@causative la cantidad de energía que se genera es casi arbitraria... depende de la masa de material que se inyecta en el tubo. Solo comenzará como aire (y la densidad del aire en el punto de salida puede aumentar a medida que aumenta la velocidad del flujo). A medida que se arrastran polvo, agua y otros materiales densos, aumentará considerablemente. Lo realmente interesante es lo que sucede en escalas de tiempo más largas y la geología debajo de la salida. Huracanes de lava, ¿alguien?
Seguro que habrá algo que no sea aire en el camino, polvo, agua y similares, pero no va a ser mucho más allá del aire mismo. Los objetos más densos tienen menos probabilidades de ser recogidos, y los objetos sólidos que son recogidos serán escupidos río abajo para que no vuelvan a entrar. La mayor parte de la masa en el camino sería aire (900 000 kg de aire). Tal vez con la compresión del aire esto podría ser una masa tres o cuatro veces mayor, pero 30 o 40 GW todavía no es mucho en comparación con un huracán.
Además, todas las preguntas sobre rocas y lava que se rompen y se succionan hacia abajo son discutibles si los vientos no alcanzan velocidades muy altas. Según las consideraciones de generación de energía anteriores, sospecho que no.
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