Diferencias cualitativas entre la gravedad y un hábitat giratorio

Dependiendo de qué tan cerca esté del centro de rotación del hábitat, sentirá cualquier cosa, desde gravedad cero hasta el máximo que el hábitat está diseñado para ofrecer; por lo tanto, si bien las casas pueden estar ubicadas en una zona de una gravedad, surgen nuevas oportunidades más cerca de el eje de giro. La fabricación de gravedad cero (por ejemplo: la producción de cristales grandes que no es posible en un campo de gravedad, el hilado de cables de fibra óptica extremadamente puros, el ensamblaje de grandes estructuras que colapsarían inmediatamente si alguna vez se sometieran a la gravedad, etc.) sería una posibilidad distinta, ya que seria una piscina interesante. Sería posible "flotar" sobre un punto particular del hábitat con, digamos, un avión ligero que se podría pedalear en la dirección apropiada. Entonces, las personas que viven en dicho hábitat tendrán fácil acceso a cualquier nivel de gravedad que deseen, en comparación con aquellos de nosotros que vivimos en una superficie planetaria. Para las personas mayores que sienten que la gravedad les pesa mucho, podrían mudarse a una casa más cercana para girar y mantener la movilidad de una manera que no es posible aquí en la Tierra.

Probablemente se inventen nuevos tipos de deportes y, como han mencionado otros, los que ya practicamos se verían afectados gracias al efecto Coriolis (puede ver una representación bastante buena aquí . el diámetro del hábitat. Si tomas algo del tamaño de la Isla Tres (hasta 8 km de diámetro), rotando para dar a sus habitantes 1G, encontrarás que tu peso aparente solo cambiaría en poco más de una libra. Si desea jugar con varios radios, velocidad angular, etc., SpinCalc es excelente. Encontré un blog que muestra efectos divertidos en la trayectoria de una pelota dependiendo de cómo se lance aquí , también vale la pena leerlo.

Primero, adoptaré la terminología de Ringworld : "hacia el giro" está en la dirección del giro, y "hacia el giro" es opuesta a la dirección del giro. Y hablaré un poco sobre la ecuación de Coriolis , pero luego entraré en efectos cualitativos.

Básicamente, cualquier cosa que involucre un movimiento "hacia arriba", "abajo", en dirección opuesta (que captura las actividades de la fiesta de la fraternidad en los comentarios), y algunas otras cosas, será diferente de un entorno de gravedad "normal". La ecuación de Coriolis

$$\mathbf a_c=(-2 \mathbf \Omega \times \mathbf v) - \mathbf \Omega \times (\mathbf \Omega \times \mathbf r)$$ es opaco para la mayoría de las personas que no son científicos, ingenieros o matemáticos, pero nos dice lo que está pasando.

El segundo término,

$$- \mathbf \Omega \times (\mathbf \Omega \times \mathbf r)$$ es solo la "gravedad artificial" que sientes. Para una tasa de rotación fija ($\omega$, la magnitud del vector de rotación$\mathbf \Omega$, por lo que su "RPM") varía solo con su distancia desde el eje de rotación, siempre que$\omega$tiene en cuenta cualquier movimiento en sentido de giro o antigiro con respecto a la estación o la nave espacial. Cuanto más lejos del eje, más fuerte es la aceleración artificial, en proporción directa.

Es el primer término,

$$-2 \mathbf \Omega \times \mathbf v$$ eso causa la mayor parte del problema con nuestra intuición terrenal sobre el movimiento en nuestro entorno. Se trata de un producto vectorial vectorial de los vectores.$\mathbf \Omega$y$\mathbf v$.$\mathbf \Omega$es solo la tasa de rotación$\mathbf \omega$acoplado a la dirección que apunta el eje de rotación, y$\mathbf v$es solo el vector de velocidad medido en el marco de referencia giratorio . Ese producto cruzado provoca aceleraciones en una dirección perpendicular a la velocidad (y también perpendicular al eje de rotación), lo que resulta menos intuitivo si acabas de llegar de la Tierra por primera vez.

OK, algunos efectos observables.

Ya has mencionado un par: correr en sentido de giro te hace sentir más pesado, correr en sentido contrario te hace sentir más ligero. Si pudieras correr en dirección contraria a la rotación a la misma velocidad que giran tus alrededores (¡con suerte, un túnel!), el primer término de Coriolis equilibraría exactamente al segundo, y no tendrías peso. Podrías simplemente flotar en el túnel mientras la estación gira a tu alrededor, hasta que aparezca un mamparo y luego ¡ Whap! Pero es difícil correr tan rápido, por dos razones: cuanto más rápido corres en dirección contraria al giro, menos "peso" (artificial, por supuesto) tienes, por lo que tienes menos tracción; y en estaciones o naves espaciales de cualquier tamaño decente que evite el mareo por movimiento, esa velocidad es alta. Para una estación de 100 m de radio, obtener un mísero g lunar (1,625$\frac{m}{s^2}$) requiere una velocidad de rotación en un radio de 100 m de 45,9 km/h (28,5 MPH). Buena suerte alcanzando esa velocidad. Y si lo hace, ¡buena suerte con ese mamparo!

El movimiento que se aleja del eje de rotación ("hacia abajo") parece inducir fuerzas antigiro, y el movimiento "hacia arriba" hace que las cosas giren.

Un ejemplo: estás empezando a ducharte. Usted sabe que cuando comience a fluir estará muy frío, por lo que no debe pararse directamente debajo del cabezal de la ducha, que está orientado para enviar el agua directamente hacia abajo. Enciendes el flujo lentamente pensando que evitarías sorpresas repentinas. Pero eligió pararse en dirección contraria al giro de la regadera y, para su gran incomodidad, el flujo de agua helada que emerge de la regadera directamente hacia abajo se curva en dirección contraria al giro , ¡directamente hacia usted!

Si, cuando reaccionaste, saltaste directamente hacia arriba, no aterrizarías en el lugar donde lo dejaste, aterrizarías girando hacia atrás de ese lugar. Fuera del flujo de agua, con suerte.

El movimiento paralelo al eje de rotación no adquiere tal extrañeza, hasta que la aceleración hacia abajo de la gravedad artificial induce una velocidad hacia afuera, entonces comienza la curva antigiro.

En mis discusiones con varias personas que contemplan el diseño de grandes estaciones giratorias, surgió la idea de deportes en dichas estaciones. Los deportes tradicionales como el baloncesto serían ejercicios de frustración como pelotas, volantes, etc., y tú te mueves de formas a las que simplemente no estás acostumbrado.

Debajo de esta respuesta hay una discusión sobre conducir un automóvil (generalizable a cualquier vehículo) alrededor del interior de un cilindro giratorio. Si condujera rápido en relación con el cilindro en dirección retrógrada, experimentaría cada vez menos gravedad artificial hasta que se detuviera en el marco de inercia, momento en el que se encontraría sin fricción en la pista o la carretera. Incluso puede flotar hacia arriba alejándose de la carretera sin forma de volver a bajar.

Esto podría aplicarse también a las bicicletas o incluso a los corredores, según el radio y la velocidad de rotación.

Ver también:

• ¿Esta genial respuesta a la variación radial de la presión atmosférica en un barco giratorio con forma de cilindro de O'Neill? (Cita con Rama)
• ¿Pueden los pájaros volar dentro de un cilindro de O'Neill?
• ¿Pueden los humanos jugar baloncesto en gravedad simulada?
• ¿Cuál es la gravedad dentro de un cilindro giratorio?