¿Cuál es la gravedad dentro de un cilindro giratorio?

Existe la pregunta popular "¿Cuál es la gravedad en el centro de la Tierra?". Y la respuesta es cero, porque las fuerzas se anulan. Y luego la gravedad aumenta linealmente a medida que te mueves hacia la superficie. ¿Sería lo mismo cierto para un cilindro giratorio?

Es decir, si, por ejemplo, tengo un cilindro con un radio de 270 de metros, girando a 2 rpm, puedes calcular que la gravedad será de aproximadamente 1,21 g en la superficie del cilindro, ¿no? Y luego, si estoy adentro y profundizo (hacia el centro) en el cilindro mientras todavía está girando, ¿la fuerza gravitatoria disminuiría a cero (por ejemplo, cuando estoy a 80 metros adentro, entonces a unos 190 metros de distancia del centro, estaría en un lugar con 0,8 g)?

@Hobbes lo dice, pero lo agregaré aquí nuevamente para cualquiera que se lo pierda: esto no es gravedad real, es (en términos generales) el piso acelerando hacia usted. Por lo tanto, nunca hay una fuerza gravitatoria real debido a la rotación, y la gravedad artificial "desaparece" tan pronto como dejas de girar alrededor del eje. ¡Esta es una pregunta interesante!
@uhoh: En realidad, según Einstein, toda la gravedad es ficticia. la gravedad artificial "desaparece" tan pronto como dejas de girar alrededor del eje. Y la gravedad de la tierra desaparece tan pronto como te bajas de un trampolín, o cuando estás a bordo del Vomit Comet haciendo parábolas. Es exactamente análogo. La interpretación relativista es que la razón por la que siento una fuerza en mi trasero desde mi silla en este momento es que la silla está acelerando hacia arriba a 9,8 m/s2, en relación con un buen marco de referencia inercial (de caída libre).
@BenCrowell Eso se aplica a la aceleración lineal , pero no creo que se aplique a la fuerza centrífuga creada por la rotación utilizada como fuente de gravedad artificial. Por ejemplo, el mayor problema con la gravedad artificial derivada de la rotación es la fuerza de Coriolis, que la haría parecer muy artificial , incómoda y difícil de mover. Sabrías al instante que estás en un marco giratorio, sin lugar a dudas. Puede leer las varias buenas respuestas aquí , y esta respuesta concisa también.
@BenCrowell aquí hay una buena ilustración de alguien que "descubre" que su entorno local es un marco giratorio .
@uhoh: la maquinaria básica de la relatividad general no hace ninguna distinción entre aceleración lineal y no lineal. El enunciado técnico de este hecho sería que las ecuaciones de campo son invariantes bajo cualquier cambio suave de coordenadas. Transformar a un marco giratorio es solo un tipo de cambio de coordenadas. La equivalencia de un campo gravitatorio a la elección de un marco no inercial es en general sólo una equivalencia local. En sus ejemplos, el observador necesita explorar un volumen que no se desvanece. Tenga en cuenta que no estamos en desacuerdo. Estoy diciendo que toda la gravedad es ficticia. Estás [...]
[...] diciendo que no todas las fuerzas ficticias pueden interpretarse como un campo gravitacional uniforme sobre una gran región del espacio. Estos no están lógicamente en conflicto.
Hmmm... OK, ahora me tienes pensando. No había planeado pensar esta semana, ¡esto lo cambia todo! :)
De hecho, todo GR se basa en la equivalencia de acelerar marcos internos y la gravedad es indistinguible.

Respuestas (2)

Si y no. Siempre y cuando estés sobre una superficie sólida: sí. La 'gravedad' (fuerza centrípeta, en realidad) disminuye proporcionalmente con la distancia al centro.

Pero si el cilindro tiene un vacío en el interior (por lo que no hay masa de aire que gire con el cilindro), no tendrá peso tan pronto como abandone la superficie. Si tuviera que cancelar su velocidad de avance (= la velocidad de rotación de la superficie sobre la que estaba parado), podría flotar justo por encima de la superficie.

Si estuviera conduciendo en dirección contraria a la rotación y acelerara a un poco más de 100 km/h, ¿usted y su automóvil repentinamente serían casi ingrávidos? Oh, el viento en contra te retrasaría un poco y luego recuperarías la tracción. ¡Suena divertido!
Te refieres tanto a salir de la superficie como a cancelar la velocidad. El problema no es salir de la superficie, es cancelar la velocidad. Permanecer en la superficie solo hace que sea más difícil cancelar la velocidad. Tal vez podrías aclarar esto. Por ejemplo, si estuviera sobre la superficie y se agachó y arrastró ligeramente un dedo por la superficie, aún sería ingrávido. Sin embargo, cuando su velocidad no se cancela, la fuerza normal es la forma en que siente la existencia de la fuerza gravitatoria ficticia.
Si sales de la superficie, te mueves tangencialmente en lugar de circular antes. Pero un breve movimiento tangencial te permite volver a tocar la superficie muy pronto porque estás dentro del cilindro. Eres ingrávido solo por un tiempo muy corto sin contacto con la superficie.

Considere un enorme tambor tapado que flota en el espacio, girando sobre su eje de simetría radial. Si está flotando libremente dentro de él, sin importar dónde se encuentre, no experimenta fuerzas/aceleraciones debido a la rotación del tambor, porque no se mueve con él.

Ahora, agreguemos una escalera unida al interior de una de sus tapas de los extremos que sale radialmente desde el centro. Al "pie" de la escalera, usted está parado en la superficie interior del tambor y siente la gravedad artificial creada por la rotación del tambor porque se está moviendo con él. A medida que subes la escalera, te sentirás más y más ligero. Si bien puede detenerse en cualquier punto y permanecer "estacionario" en la escalera, todavía se está moviendo con la rotación del tambor, viajando a lo largo de una trayectoria circular. Cuando llegue a la "parte superior" (el centro del tambor), no sentirá una aceleración neta (suponiendo que su centro de masa haya llegado al eje de rotación del tambor). Para conocer las fórmulas para calcular la aceleración/fuerza que se siente en cualquier punto de la escalera, consulte: https://en.wikipedia.

¿Cuál es la gravedad dentro de un cilindro giratorio?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 3v