Desplegando un rollo de papel higiénico en la ISS

Considere una ISS flotante con rollos de papel higiénico. ¿Puede un astronauta desplegar el rollo solo tirando del extremo suelto del papel (y no manteniendo el resto del rollo en su lugar, por ejemplo, usando su dedo como eje)? Creo que la respuesta es no, ya que no podemos crear el torque necesario para lograr esto a menos que el rollo esté fijo en su lugar. Lo que sospecho que sucederá es que el rollo no sufrirá ningún movimiento de rotación, solo un movimiento de traslación.

Probablemente esta pregunta sea trivial para aquellos que saben sobre el equilibrio rotacional, pero aún no he aprendido esto.

Dado que el astronauta no está tirando a lo largo de la línea que pasa por el centro de masa del rollo, habrá un par de torsión que conducirá a una rotación. Después del primer tirón, el rollo se desenrollará solo.
¿De qué provendrá el torque si el astronauta también es ingrávido? ¿Cómo puedes decir que el astronauta no se empujará hacia el rollo de papel higiénico? Sospecho que tendrá un pequeño efecto en todo y dado que eso es todo lo que se necesitaría para desenrollar todo el rollo, tendría que estar de acuerdo con CuriousOne, yo aunque me gusta la pregunta :)
Se desenrollará y se desplazará hacia el tirador.
La pregunta es de gran importancia práctica para la propulsión de la nave espacial... ¿cómo debemos inclinar un motor que está desplazado en relación con la trayectoria prevista que pasa por el centro de masa para evitar que un par constante desvíe la nave espacial?
Camarada @CuriousOne, no está autorizado a contarle al mundo sobre el proyecto del cohete propulsado por papel higiénico. Preséntese en el centro de reeducación 3 lo antes posible.
@CuriousOne Parece que el momento angular no se conserva en ese caso. Así que algo debe faltar en esa explicación.
@kasperd: ¿Por qué no se conservaría el momento angular? El momento angular que te falta está en la columna de escape que también está descentrada.
@CuriousOne Me refería a su primer comentario en el que sugirió que un objeto comenzaría a girar, al ser sacado del centro. Pero la fuerza sobre el que tira no tendría que estar descentrada. Entonces parece que el escenario no conserva el momento angular ya que un objeto comienza a girar mientras que el otro no.
@kasperd: El objeto astronauta se moverá ligeramente perpendicular al sistema de atracción del centro de masa. Podría solicitar a la NASA que envíe un rollo a la ISS y hacer una demostración.
@CuriousOne Si el astronauta comenzó sin moverse en absoluto, entonces el movimiento causado por la fuerza de tracción tendría que ser paralelo a esa fuerza. Sin embargo, pensar en el centro de masa me hizo darme cuenta de lo que estaría sucediendo. Cuando dos objetos orbitan alrededor de un centro de masa de comentario, la órbita introduce un momento angular. Y las fuerzas pueden transferir el momento angular entre la órbita y la rotación de los objetos individuales.
@kasperd: Eso suena como una buena manera de pensar en ello.
Si el papel higiénico tiene masa 0, creo que no se generaría ningún par. Pero con masa, tiene inercia y, por lo tanto, estará sujeto a las reglas de inercia rotacional.

Respuestas (1)

El rollo no tiene que estar en un lugar fijo para que se genere un par. El par se generará independientemente de un eje fijo o no y su papel higiénico se desenrollará eventualmente. El par se genera porque, como @CuriousOne dijo anteriormente, la fuerza actúa en otro lugar que no sea el centro de masa, creando así una fuerza desequilibrada en un lado que crea una rotación alrededor de ese centro de masa.

Si el rollo no está fijo en algo, lo más probable es que el tirón inicial cree un movimiento lineal, así como una rotación, de modo que el rollo se desenrolle mientras se desplaza por el espacio.

Y el astronauta también será atraído hacia el giro, y su par dependerá de cómo tiren en relación con su propio centro de masa. Por supuesto, dado que tienen más masa, adquirirán menos velocidad (F = mv, etc.), por lo que esto puede notarse o no.
Esto es muy interesante. Me gustaría ver a los astronautas hacer esto como una demostración. Una pregunta similar, que probablemente también sea trivial: si tiene una barra que inicialmente está paralela al suelo, con masas de bolas en cada extremo de la barra, una masa pesada y una masa liviana, y deja caer la barra, ¿rotará? como cae? Sospecho que la respuesta es no porque el par debido a la gravedad se cancela (¿cómo demostramos esto?). @keshlam: F=mv? ¡Hmm, no creo que eso sea correcto! :)
@JoshuaBenabou, dado que la distancia de las dos bolas desde el centro de masa de la barra es la misma, y ​​ambas experimentan una aceleración igual gramo , la masa con mayor masa experimentará una fuerza mayor creando así un par neto desequilibrado.
@JoshuaBenabou: Error de Tupogharpcal, lo siento. F = ma, por supuesto.
(Por cierto, ¿puedo ofrecer a uno de mis gatos como voluntario para el experimento de desenrollar papel higiénico en el espacio? Ha demostrado ser una experta en hacerlo en la Tierra, sin importar las barreras que ponga en el camino).
Puedes realizar el experimento en la tierra, simplemente coloca el rollo de papel higiénico en una mesa lisa y comienza a tirar, verás que comienza a girar y comienza a trasladarse.
@PhotonicBoom, en realidad realicé el experimento con una barra desequilibrada, pero se mantuvo esencialmente nivelada durante todo el otoño. Quizás el tiempo de caída fue demasiado corto para notar alguna rotación.
@JoshuaBenabou, suponiendo que su varilla caiga por el aire y las dos bolas tengan una resistencia de aire relativa diferente (por ejemplo, globo de aire versus piedra masiva), girará debido al arrastre. La gravitación por sí sola no hará esto.
@PaŭloEbermann eso es absolutamente correcto para una barra de caída libre .
@keshlam — F = mv ? Quieres decir F = ma, ¿no?
@PhotonicBoom: entonces, ¿la varilla girará o no (suponiendo que no haya resistencia del aire)?
@JoshuaBenabou, ¿es en caída libre? Si es así, no habrá rotación debido a la gravedad ya que todo (incluso el centro de masa) ahora está acelerando hacia abajo a la misma velocidad. También tenga en cuenta que el centro de masa de todo el sistema ahora está ubicado más cerca de la masa pesada, por lo que las distancias de las dos masas desde el centro de masa ahora son diferentes.
Desplegando un rollo de papel higiénico en la ISS
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