¿Cuánta aceleración se necesita para que el agua fluya cuesta abajo?

Supongamos un habitáculo en el espacio exterior con 1 atmósfera de presión y 23ºC (temperatura ambiente confortable),

Para simular la gravedad, se hace girar el habitáculo. La aceleración es ω 2 r dónde ω es la velocidad angular en radianes/tiempo y r es el radio de hab.

Obviamente, cuanto menor sea la "gravedad", más pequeño puede ser el hab. Las altas revoluciones enferman a las personas y la menor gravedad reduce la necesidad de altas revoluciones. Además, la estructura no necesita ser tan fuerte.

Me pregunto en qué punto la gravedad supera la tensión superficial y el agua fluye cuesta abajo. Por lo tanto, los astronautas podrían disfrutar de duchas, inodoros y sus senos paranasales podrían drenarse.

Probablemente quieran que sus inodoros estén diseñados para funcionar en microgravedad de todos modos, en caso de que las rpm fallen de alguna manera. Pero en principio es una pregunta interesante.
No va a ser un simple valor fijo; el tamaño de una gota de agua y la hidrofilia de la superficie están bajo control, fluya o no. Algunos viejos SF (¿posiblemente The Moon Is A Harsh Mistress?) Describieron a alguien en 1/6g que básicamente tenía que rasparse el agua con la mano; No sé qué tan cerca el autor trabajó el problema, pero parece plausible.
Como experimento mental, un lago entero tendería a nivelarse incluso con una gravedad mínima, mientras que en la Tierra las gotas de agua hacen un trabajo perfecto al adherirse a las ventanas de vidrio en un obstinado desafío a la gravedad. Entonces, la pregunta realmente tendría que formularse en términos de qué tan grande podría formarse una gota (¡o un cuerpo!) de agua en una superficie de vidrio vertical (o algún otro criterio para "fluir cuesta abajo")
Para resumir @Blake, la respuesta podría estar en cualquier lugar a una cantidad positiva infinitesimal o menos (negativa). No entiendo esta pregunta; parece más como "cuánta gravedad hace que las cosas sean un poco normales" versus "cuánta aceleración se necesita para que el agua fluya cuesta abajo" (a lo que la respuesta es cualquiera).
Un aspecto interesante de esto es que tenemos que considerar la presión de la fuente, ya que también es este impulso el que mantendrá el agua fluyendo, con o sin gravedad. Pero esto se complica un poco con las ruedas espaciales donde no puedes simplemente "bombear el agua" como con las torres de agua y hacer que la gravedad haga su magia sobre la presión. Cuanto más "hacia arriba" lo muevas en una rueda espacial , menos peso tendrá. Así que tendrá que ser presurizado de lo contrario. De todos modos, estoy de acuerdo en que la pregunta nos pide que comparemos el área de la superficie de contacto con el volumen y similares, pero creo que tiene una respuesta practicable.
En perspectiva, 0-g es un riesgo para la salud. En 0-g, por ejemplo, los astronautas pierden más del 1 % de masa ósea al mes . Tener suficiente gravedad para evitar eso es probablemente mucho más importante que la operación conveniente de la ducha.
Hasta ahora Russell Borogrove ha dado un enlace útil. Su prueba de caída colgante ha dado lugar a enlaces útiles sobre tensión superficial, adhesión y cohesión. Al estudiarlos, creo que puedo armar algunas hojas de cálculo que examinan diferentes escenarios.
Algunos de los otros comentarios parecen absurdos. ¿Qué quiere decir @NickT con aceleración negativa? La aceleración es una cantidad vectorial que tiene dirección y magnitud. Si una aceleración norte se considera positiva, parece que una aceleración norte sería negativa. En cualquier dirección, 9,8 o -9,8 metros/seg^2 serían suficientes para hacer funcionar las duchas y los inodoros.
En cuanto a que la aceleración infinitesimal es suficiente para el agua corriente, eso se desacredita fácilmente. La aceleración en la ISS por la resistencia del aire es una cantidad medible. ¿Esta aceleración es suficiente para descargar inodoros, duchas, drenaje de senos paranasales, etc.? No.
@ John1024 No estoy preguntando sobre la atrofia ósea o muscular asociada con la ingravidez. Ese es un tema aparte. Pero incluso en la microgravedad, la atrofia se puede mitigar en gran medida con el ejercicio. GoogleValeri Polyakov.
Observaciones interesantes @TildalWave Si en un cilindro, r será cero a lo largo del eje del cilindro. Asi que ω 2 r sería cero. Sería fácil imaginar agua condensándose y formando gotas enormes a lo largo del eje de un cilindro de O-Neill. Un toro podría ser más adecuado para que el agua se bombee y luego fluya hacia abajo. Por ejemplo, si el techo tiene 0,9 del radio del piso, el agua bombeada hacia el techo aún disfrutaría de algunos newtons por kilogramo.
@HopDavid, por supuesto, eres libre de enfocar tu pregunta como quieras (y la tuya es una buena pregunta). Solo estaba agregando contexto. Por cierto: "Desde Géminis, el ejercicio se ha probado como una forma de prevenir la pérdida ósea, pero no se ha demostrado que tenga éxito".

Respuestas (1)

Los ingenieros de acueductos romanos utilizaron un gradiente típico de 1:4800, que es de unos 20 cm por km. La aceleración equivalente es aproximadamente 2 metro metro / s 2 . Así que no se requiere mucho para mantener el agua fluyendo.

La conferencia SSERVI Phobos de ayer planteó problemas con la gravedad superficial desigual. En un objeto de miligravedad, las cosas móviles pueden obtener fácilmente suficiente energía cinética para entrar en órbita a medida que se mueven por el paisaje. El agua que cae desde cierta altura y golpea alguna pendiente podría rebotar hasta la órbita. Pero sobre el tema, supongo que una estación espacial giratoria no tiene heterogeneidades similares porque la gravedad simulada del giro es concéntricamente uniforme y mucho más grande que la gravedad real de la masa de la estación.
La tensión superficial en un volumen de agua que llena un acueducto es proporcionalmente mucho menor que la tensión superficial en pequeñas gotas.
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