¿Cuáles son las consecuencias de usar antigravedad limitada para aeronaves de estilo steampunk?

El escenario: los dirigibles son asombrosos, pero en el mundo real, el diseño de los dirigibles está muy limitado por el problema de la sustentación. Parece que esto, por encima de todo, es lo que hace inviables las naves elegantes y compactas del steampunk y la fantasía. Los globos deben ser enormes para transportar la masa adecuada. Las máquinas de vapor, las armaduras y otras cosas divertidas son prohibitivamente pesadas.

A menudo, todo esto se ignora cortésmente. Pero me gustaría intentar diseñar un mundo en el que el problema de la sustentación se eluda parcialmente mediante la adición de un solo elemento irreal, con parámetros definidos y consecuencias realistas: en este caso, una máquina que puede producir una antigravedad limitada.

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Mi conocimiento de la física es superficial, pero que yo sepa, tal dispositivo no es posible dentro de las leyes conocidas. Pero dejando de lado, para esta pregunta, cómo podría crearse, aquí hay una posible regla establecida después del hecho:

  • Proyecta un campo esférico dentro del cual se reduce la atracción gravitatoria.

  • El efecto es un gradiente, con condiciones cercanas a 0,1 g alrededor del dispositivo y cerca de 1 g en los bordes exteriores del campo.

  • El tamaño máximo de un campo es de unos 30 metros o 100 pies.

  • El tamaño/intensidad del campo se puede ajustar hacia arriba y hacia abajo.

  • Requiere combustible.

  • Puedo ver una serie de problemas potenciales con el manejo de campos superpuestos, por lo que dejo abierto por ahora si son acumulativos, cancelados, etc.

Estas reglas pretenden ser una referencia para ayudar a evaluar las consecuencias de la idea central; si resultan inadecuados, con gusto los modificaré. El objetivo final, usar antigravedad limitada para crear un campo más amplio para diseñar aeronaves interesantes y útiles, es lo importante.

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La pregunta: la antigravedad limitada sería una buena opción estética para este mundo, pero soy consciente de que jugar con una ley física, aunque sea de una manera pequeña, puede provocar todo tipo de consecuencias imprevistas. Entonces, dada la premisa anterior, ¿un campo de antigravedad limitado tendrá efectos tan extraños en la física (en la nave, la tripulación, el gas de elevación, el aire circundante, la relación de la nave con el giro de la tierra , o cualquier otra cosa) como para ser prohibitivo? Y si es así, ¿se pueden modificar las reglas anteriores o el diseño típico de la aeronave para compensar?

Si solo está tratando de tener aeronaves steampunk geniales en su mundo, ¿por qué no decir "En mi mundo, las aeronaves steampunk geniales simplemente funcionan". y terminar con eso?
O simplemente crear un gas muy, muy ligero y abundante para que los globos más pequeños puedan proporcionar más sustentación.
@sphennings: Cuando escribo, también me gusta poder rastrear las consecuencias de cualquier sistema que esté usando. Crea profundidad adicional y puede conducir por caminos interesantes e inesperados. Aparte de eso, simple preferencia.
@adaliabooks: La mayoría de las soluciones alternativas obvias (atmósfera más densa, etc.) no funcionarán para este mundo en particular por razones que rápidamente me sacarían del alcance de la pregunta. Baste decir que muchos aspectos de la historia de ya están definidos, y la antigravedad sería el mejor ajuste conceptual si se puede hacer que funcione.
Creo que esta es una pregunta justa. Usted reconoce que el fenómeno no es científico, pero desea conocer las posibles consecuencias científicas de dicho fenómeno. Interesante pregunta. Considere una etiqueta de "verificación de la realidad", tal vez, ya que está preguntando sobre la plausibilidad/consecuencias de una idea.
Además, su segunda imagen tiene la cuenta bloqueada. ¿ Considera copiarlo y pegarlo en imgur.com y volver a agregarlo a su pregunta?
@Era Bastante justo, la antigravedad parece ser mucho más exagerada (y tener posibles consecuencias no deseadas) que algún tipo de elemento súper ligero.
@NexTerren: Gracias por la captura, lo cambié a imgur. Con respecto a la verificación basada en la ciencia versus la realidad, en realidad estuve debatiendo eso durante unos veinte minutos y leí un par de meta-mensajes. Finalmente, decidí que, dado que la mayor parte de la respuesta que busco trata sobre la física en lugar de la lógica, la mejor ruta es la basada en la ciencia. Aún así, si surge un consenso de lo contrario, estaré encantado de cambiarlo.
La serie Last Exile tenía algo muy similar, completo con una estética steampunk, pero en su mayoría agitaban el mecanismo a mano.
Los aeródromos, donde los barcos van y vienen, y donde sus campos antigravedad superpuestos e interferidos cambian constantemente el peso local de pasajeros, trabajadores y carga, parecerían lugares particularmente peligrosos para trabajar o visitar.
Tenga en cuenta también que la falla antigravedad por cualquier motivo, si no rompiera la nave en el aire, la nave caería inmediatamente a la tierra como un ladrillo. Los antigravedad redundantes serían esenciales... pero eso significa una penalización de peso.
"Tenemos la tecnología para crear dispositivos antigravedad, pero no aviones, y todo funciona con máquinas de vapor". Esto parece poco probable.
"The Aeronauts Windlass" de Jim Butcher hace casi exactamente eso. Los cristales brindan impulso, mientras que las ventas brindan fuerza motriz. agregue una bolsa de gas y una cantidad generosa de handwavium....

Respuestas (4)

¿A dónde va la energía?

Estás disipando energía potencial al tener un campo que agita la mano de la gravedad. Más importante aún, después de que el campo se va, la energía potencial vuelve a su lugar.

¿Energía infinita?

Suponga que tiene una rueda de agua. Proyecte este campo sobre la parte izquierda (incluyendo ligeramente la parte media superior) del mismo. Ahora la parte derecha es más pesada, por lo que gira hacia abajo. La parte de la rueda en el campo se mueve, y la parte expuesta trata de caer al fondo... la rueda gira. Haz que la rueda sea más masiva para obtener más fuerza.

El contrario a esto sería hacer que el combustible gastado sea igual a la energía requerida para mantener la masa "a flote" (o al menos disminuida por la atracción de la gravedad). El problema con esto es que si ya estás gastando esta energía, ¿por qué no expandirla para hacer girar, digamos, una hélice o como combustible propulsor? Seguramente tales métodos serían menos complejos, más baratos y menos propensos a fallar.

Esto también ocurriría en menor medida, me imagino, dentro de los sobres de gas; el gas más afectado por la gravedad en la parte superior (más lejos del núcleo del campo antigravedad) intentaría caer, y el gas menos afectado por la gravedad sería empujado hacia la parte superior. No estoy seguro de si esto alcanzaría el equilibrio, o si el impulso obtenido de esto le permitiría permanecer en un ciclo. Si permaneciera en un ciclo, nuevamente tendría una máquina de movimiento perpetuo que causa todo tipo de problemas y cambiaría fundamentalmente la forma en que funciona su mundo, nuevamente, a menos que lo equilibre con los costos de combustible, en cuyo caso...

Efectos de Low-Gravity en el cuerpo humano

Dada su imagen, la tripulación a bordo de los barcos lidiaría con <0,5 g constantemente durante viajes largos, lo que parece tener un promedio de ~0,3 a bordo del barco. La reducción de la gravedad tiene un efecto perjudicial en los humanos. No conozco ningún estudio para este nivel de gravedad reducida en humanos (no surge mucho), pero la "gravedad cero" o la "microgravedad" les sucede a los astronautas en órbita / caída libre alrededor de la Tierra. Durante los vuelos del transbordador de la NASA (todos los cuales duraron menos de 18 días), se notó que los astronautas tenían algo de pérdida ósea y muscular , y algunos dolores de espalda experimentados. Obviamente, sus marineros tendrían un caso menos extremo de esto (todavía tienen una gravedad significativa), pero probablemente también estarían a bordo de los barcos por mucho más de 12 a 16 días .

La balística de largo alcance sería extremadamente compleja de calcular

Los proyectiles de artillería y de cañón, en el mundo real, se pueden disparar y la trayectoria del arco inducido por la gravedad (y la ubicación de descanso final) se puede determinar a través de las matemáticas (estimado bastante bien, o calculado con precisión, incluida la velocidad del viento mediante cálculos y fórmulas). Pasar a través de nubes invisibles de modificación de la gravedad arruinaría realmente el arco, dejándolo casi imposible de calcular de una manera útil.

La energía potencial no es más que una construcción mental, hablar de "disiparla" no tiene sentido. Al encender o apagar el electroimán, no está cambiando ninguna propiedad real de los objetos metálicos, ¿verdad? Lo mismo con la gravedad.
@Mołot Entonces, dos cuerpos en reposo comienzan a acelerar uno hacia el otro. Eventualmente chocan y se genera calor a partir del impacto. ¿De dónde provino el movimiento y, finalmente, el calor? ¿Tiene alguna fuente que pueda articular que no es un tipo legítimo de energía? Doy la bienvenida a la corrección, pero no puedo encontrar nada en Google. De hecho, existen fórmulas establecidas para calcular los julios de energía potencial gravitatoria. en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_energy
La construcción mental puede tener julios. Aún así, una fórmula similar es para la energía potencial magnética y le das energía potencial a casi todo el metal cuando enciendes el electroimán. Aún así, la energía utilizada cuando lo enciende no depende de las cosas de metal que hay alrededor, puede probarlo. Es solo un modelo de lo que un campo (también simplemente un modelo) puede hacer potencialmente . Para las fuentes, lamentablemente solo las de papel, utilizadas para enseñar física técnica en la Universidad Tecnológica de Varsovia.
@NexTerren: Hola, el trabajo me distrajo y quería hacerle una pregunta de seguimiento sobre su respuesta. ¿Existe algún método para arriesgar qué tipo de requisitos de combustible se requerirían para evitar romper el mundo? Presumiblemente, ¿tiene que ser suficiente para girar normalmente la rueda más grande que podría diseñar con tecnología steampunk a la misma velocidad o más? ¿O hay más consideraciones allí?
@NexTerren el movimiento perpetuo no es posible. La energía recuperada al hacer girar la rueda no sería suficiente para alimentar la antigravedad indefinidamente (suponiendo que el generador antigravedad generalmente cumpla con las leyes de la física).
@SteveES Estoy bastante seguro de que una vez que dices "antigravedad" ya no estás cumpliendo con las leyes de la física. Acepto que el movimiento perpetuo no es posible (ver la entrada de Wikipedia vinculada), pero la antigravedad tampoco es posible. De hecho, discuto el problema que esto causa y el equilibrio del combustible en mi respuesta.
@Era Puede consultar los requisitos de combustible para que los helicópteros permanezcan en el aire (parece que no puedo encontrar nada). Esos son efectivamente los requisitos de combustible para una máquina imperfecta (como todas las máquinas) para reducir el movimiento de la gravedad a 0. Si estima cuánto afecta en promedio el campo en general (digamos, ¿50% de reducción de fuerza? ¿Más?) puede modificar el requisitos de combustible por tanto.
La gravedad no es una fuerza que irradia desde el centro de masa. Es el efecto de la curvatura del espacio-tiempo. Un campo antigravedad simplemente significa un campo que aplana el espacio-tiempo dentro de sí mismo. Dado que el espacio-tiempo presumiblemente permanece continuo, esto significa que el espacio-tiempo en los bordes del campo debe ser más curvo, es decir. han aumentado la gravedad. Por lo tanto, el único efecto que tendría el campo en su rueda hidráulica sería un aumento de las tensiones estructurales al entrar y salir del campo. O dicho de otro modo, la energía potencial es estática dentro del campo pero cambia rápidamente en los bordes.
@VilleNiemi: Interesante, me perdí este comentario hasta ahora. Tengo dos preguntas de seguimiento, si tiene tiempo: 1) ¿Hay un nombre estándar para el principio de aplanar el espacio-tiempo que pueda buscar, para poder entender mejor lo que quiere decir con que los bordes del campo deben ser más curvos? , etc.? Si conoce una fuente en línea razonablemente accesible que podría usar como punto de partida, sería excelente. 2) ¿También está diciendo que, a diferencia del efecto de radiación, cualquier aplanamiento del espacio-tiempo probablemente crearía un cambio similar en todo el campo?

En el juego de rol Space:1889, tenían madera elevadora que proporcionaba una fuerza antigravedad. Quería elevarse en gravedad. IIRC, al inundar la madera con electricidad o un gas especial (o ambos) podría aumentar este efecto.

Recomendaría que cualquier efecto antigravedad también se limite de esta manera. Haga que solo afecte el dispositivo en sí. Por lo tanto, debe sujetarse de forma segura a la nave o se liberará de la nave y volará hasta que se quede sin energía. Esto evita cualquier tipo de efectos de campo superpuestos. También significa que la tripulación no tiene que permanecer atada para evitar que se lancen accidentalmente fuera del barco cuando dan un paso.

Me gusta esta idea. De acuerdo con el espíritu, tal vez el dispositivo use la envoltura de gas como una especie de cámara de reacción, enfatizando la necesidad de la envoltura.
ShadoCat & @NexTerran: Esta es una gran idea, y tengo una pregunta de seguimiento al respecto si tiene tiempo. Esto cambiaría el enfoque de la tecnología propuesta de reducir el peso a aumentar la sustentación, porque el dispositivo ahora solo afectaría una parte de la nave en lugar de la totalidad. (Ese es el dispositivo, o quizás el gas en la cámara de reacción para un mejor equilibrio de la nave). Como gas de sustentación, el hidrógeno ya está superando el límite superior de cómo la materia ligera puede llegar. ¿Puede la reducción de la atracción gravitatoria hacer que sea lo suficientemente flotante en el aire para aumentar la sustentación en x4-x5, que es aproximadamente la cantidad que me gustaría reducir del tamaño del globo?
@Era, no hay física para eso, ¡pero si tuvieras algo de magia o ciencia! explicación para el gas, eso funcionaría. Hace que los barcos sean muy vulnerables a los daños. ¿Has visto Dirigible r505 airships.paulgazis.com ? Es una serie web divertida que tiene diferentes supuestos que su historia, pero que puede ser beneficioso para usted leerla.

Si uno usa una placa de material antigravedad, la nave podría colgarse de eso. Esto cambiaría la apariencia ya que el globo desaparecería. Puede reemplazarlo con el material tallado en forma de dragón o ave de rapiña (no la versión Klingon).

Así que imagina que el material es difícil de encontrar, difícil de manipular, pero que no tendrá efectos negativos con respecto a la tripulación. También se podría usar magia para impulsar el barco, de hecho, el barco podría tener velas para atrapar el viento mágico que brota de las manos de los magos.

No hay requisitos mecánicos o eléctricos, aunque ciertamente podrían agregarse como el viento mágico. Cualquier cosa adicional como esa permitiría averías, daños críticos en las batallas, disparar al mago, etc.

dcy665 se me adelantó por media hora (bien hecho amigo), así que intentaré profundizar en el mismo concepto: colgar la nave de la fuente antigravedad en lugar de alojarla en el casco.

Céntralo sobre la nave para que se eliminen los efectos de la tripulación y casi todo en la nave simplemente se comporte de acuerdo con la física normal.

Podría usar vejigas de gas internas debajo del centro de masa del barco o tal vez algo como estabilizadores o pontones llenos de alguna sustancia más ligera que el aire.

Eso te da sustentación, pero también necesitas fuerza motriz. Abanicos en lugar de remos, use velas aparejadas de formas novedosas para usar la energía eólica, una enorme hélice a vapor... Solo recuerde que cuanto más grande sea su barco, más viento será un factor. Esto se verá agravado por cuánto tendrá que depender del gas para el levantamiento. Cuanto menos gas se necesita, más ágil es el barco. si extiende esto, es posible que pueda regular la sustentación según la cantidad de energía que va al mecanismo antigravedad. Sin ese mecanismo, su nave es más pesada que el aire.

Cosas como esa podrían ayudar a mantener las cosas en un buen tema steampunk sin tener que envolverse demasiado en el eje con la física y otros efectos.

Incluso podrías hacer cosas divertidas como un valiente héroe que hace trucos con un cañón usando la balística alterada de la bala de cañón que atraviesa el campo antigravedad sobre la nave. Pídele que apunte el cañón para hacer un disparo justo a la derecha del dohickey antigravedad en el próximo barco para obtener un alcance adicional y eliminar al malo que se te acerca sigilosamente desde las nubes en los flancos :)

¿Cuáles son las consecuencias de usar antigravedad limitada para aeronaves de estilo steampunk?
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