¿Cuál es la aceleración en una órbita que decae debido a la resistencia del aire en relación con una que no decae?

Esta respuesta a ¿Existe un límite superior para el tamaño interno de las estaciones espaciales? tiene este párrafo:

Finalmente, si está atrapado ["varado" en medio de una habitación en una estación espacial llena de aire], ya no se verá afectado por ningún deterioro en la órbita de la estación espacial. La ISS cambia de velocidad y, por lo tanto, de altitud, debido a la ligera cantidad de fricción del aire, y debe volver a impulsarse periódicamente. Eventualmente, la estación espacial vendrá a tu encuentro. La escala de tiempo para el rescate dependería del estado de la atmósfera terrestre y la forma y orientación de la estación.

Me hizo preguntarme en qué dirección se movería la estación espacial en relación con el astronauta flotante en su interior como efecto directo del arrastre, sin que nada se "impulsara".

Me parece que, de hecho, la estación espacial acelerará principalmente hacia adelante y ligeramente hacia abajo al mismo tiempo, a medida que entra en una órbita más baja y más rápida. Pero la causa es la resistencia del aire, que es una fuerza que actúa hacia atrás, y debido a F = ma, eso significa una aceleración hacia atrás al menos inicialmente (creo). ¿Pero por cuánto tiempo? ¿Un tiempo infinitesimal? Me parece que lo que dificulta pensar es la acción continua del arrastre.

Mi pregunta es: ¿Cuál es la aceleración en una órbita que decae debido a la resistencia del aire en relación con una que no decae?

Relevante: space.stackexchange.com/questions/12631/what-is-the-iss-drag dice que la aceleración es de 0,656 micrómetros/s² a una altitud orbital de 400 km. Pero depende de la actitud de las estaciones, el clima espacial, la alineación de la vela solar...
La aceleración debida a la resistencia del aire acelerará la estación hacia atrás. Cuanto más baja sea la estación, mayor será la resistencia del aire y mayor la desaceleración.
@Earthworm 0,656 micrómetros/s² durante 10 000 s da como resultado una velocidad de 6,56 mm por segundo. 10.000 s son unas tres horas y nuestro astronauta puede estar listo para su próxima comida para entonces. Pero, ¿es esta la aceleración real hacia adelante y hacia abajo o la hipotética aceleración hacia atrás?
@Earthworm ese es un gran enlace! Los lectores deben tener en cuenta que la variación de la aceleración con la actividad solar cubre un amplio rango, más de un factor de 10. También habrá variaciones día/noche. ¿Qué tan constante es la fuerza de arrastre atmosférica experimentada por la ISS?
@MatthewChristopherBartsh Agregué el título de la pregunta vinculada por contexto, que es la posibilidad de quedar atrapado cerca del centro de una estación espacial hipotética extremadamente grande, no algo como la ISS. Si la aceleración direccional es demasiado baja, el astronauta podría quedar atrapado en un torbellino de flujo de aire, deshidratándose lentamente hasta el rescate o la muerte. Ver dispositivo propulsor de emergencia diminuto si se queda atascado flotando en un gran volumen en microgravedad
@uhoh Gracias por la gran edición.
@uhoh Un remolino de flujo de aire sería lo único que podría hacer que alguien quedara atrapado en medio de una habitación llena de aire. No había pensado en eso. Me pregunto cómo funcionaría tal remolino.
De acuerdo, la resistencia siempre actúa sobre ti siempre que tengas cierta velocidad en relación con la atmósfera. La desaceleración de la resistencia no sería solo un efecto transitorio inicial, sino que siempre estaría allí.
Además, el arrastre no es la única fuente de aceleración. Tampoco es lo más importante. La gravedad te acelera constantemente hacia abajo; es solo que tu velocidad horizontal evita que caigas al suelo. Pero si disminuyes esa velocidad horizontal solo un poco, entonces ya no será suficiente para evitar que te caigas y, gradualmente, tu aceleración descendente de la gravedad te llevará de vuelta al suelo.

Respuestas (1)

Pero la causa es la resistencia del aire, que es una fuerza que actúa hacia atrás, y debido a F = ma, eso significa una aceleración hacia atrás al menos inicialmente. ¿Pero por cuánto tiempo? ¿Un tiempo infinitesimal? Lo que lo hace difícil es la acción continua del arrastre.

El arrastre de la estación en órbita tiene el efecto de una fuerza continua hacia atrás que actúa sobre la estación pero no directamente sobre el astronauta. Entonces, la estación está acelerando constantemente hacia atrás en relación con su contenido.

Esta aceleración es minúscula y, por supuesto, el astronauta que está dentro no la notará.

Me parece que, de hecho, la estación espacial acelerará principalmente hacia adelante y ligeramente hacia abajo al mismo tiempo, a medida que entra en una órbita más baja y más rápida.

La aceleración que hace que la estación pase a una órbita inferior más rápida se debe a la gravedad, y la gravedad actúa sobre el astronauta y la estación casi por igual. Hay una pequeña fuerza de marea a medida que el astronauta se aleja del centro de masa de la estación, tendiendo a mover al astronauta hacia arriba o hacia abajo en su órbita, que es de magnitud similar al término de arrastre.

"efectivamente no hay fuerza diferencial" excepto que hay un poco ¿ Dónde está el centro de masa de la ISS en relación con sus coordenadas internas? , y ¿ Qué tan grandes son las aceleraciones de las mareas dentro de la ISS? , y especialmente la microgravedad más baja de la ISS (una respuesta allí incluso tiene un "mapa 𝜇g" para la ISS)
¿Cuál es la aceleración en una órbita que decae debido a la resistencia del aire en relación con una que no decae?
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