Diferencias de gravedad en asteroide con cilindro de O'Neill

En mi historia hay algo parecido a un cilindro Island Three O'Neill enterrado verticalmente en el costado del asteroide Vesta . Tiene 5 millas de ancho y 20 millas de largo. La estación está enterrada pero gira dentro de un caparazón cilíndrico tallado en el asteroide. No es necesario girar todo Vesta. La estación está enterrada con dos propósitos: proteger de la radiación cósmica y dar un mejor acceso a los mineros.

La gravedad de Vesta es de aproximadamente 0,25 m/s ^ 2, que (creo) es de alrededor de 0,03 G. Para que las cosas se sientan como 1G en el interior, el cilindro debe producir 0,9995G artificialmente.

Ahora, (si estoy haciendo bien los cálculos) usando arctan (0.03/0.9995) el interior del cilindro se sentiría como si tuviera una pendiente de 1.72°, lo que no parece mucho, pero...

  1. ¿Se sentiría esto como una colina? ¿Caminar lejos de la superficie te desgastaría más rápido que? ¿Podrías lanzar una pelota más "cuesta abajo" en este ángulo? ¿O ni siquiera se sentiría diferente?

  2. ¿Tendría sentido construir terrazas periódicamente para nivelar las cosas?

  3. ¿Afectaría esto notablemente la presión del aire o el flujo de agua a través del gradiente del cilindro?

Estoy tratando de sentir si esto valdría la pena mencionar mi historia, o si el efecto es tan insignificante que no lo haría.

¡Cuánto tiempo sin verte, Sam! ¡Bienvenido de nuevo! No soy un gran mecánico orbital, entonces, ¿podría explicar de dónde proviene el arctan(a/(1-a))? ¿Cuál es su propósito?
¿Cómo puede el cilindro de O'Neill generar gravedad si está enterrado y no puede girar?
¿De qué se trata la 'Isla Tres'? No puedo encontrar nada en el rápido ni en el recurso vinculado ni a través de Google
Vale la pena señalar que la "gravedad" de giro de un cilindro de O'Neill empuja las cosas hacia el exterior del cilindro, mientras que la verdadera gravedad del asteroide empuja las cosas hacia el centro. En realidad, desearía tener un poco más de efecto para obtener una aceleración precisa de 1 g.
Una pendiente de 1,72° equivale a 3 en 100. Definitivamente se sentiría como una colina. Encuentre un camino cercano marcado con 3% y vea cómo se siente. ¿Qué te impide convertir las paredes interiores del cilindro en una serie de piezas adecuadamente inclinadas para que la fuerza gravitacional y centrífuga combinada presione exactamente perpendicular sobre los pisos? (Así: ^^^^.) La presión del aire no tiene mucha relación con la aceleración gravitacional aparente; por otro lado, el agua definitivamente fluye cuesta abajo.
Esta es una buena pregunta, pero tengo que preguntar, ¿por qué enterrar el cilindro en el asteroide? hacerlo significa que necesitarías hacer girar todo el asteroide para generar la fuerza centrífuga que necesita el cilindro. Si es así, puede extraer fácilmente el asteroide, entonces seguramente hacer que el cilindro coincida en órbitas con Vesta y enviar grupos de minería dentro y fuera del asteroide sería mucho más eficiente que hacer girar todo.
@JBH gracias! La vida ha estado ocupada. Mi idea de usar arctan fue para calcular el ángulo percibido. Hay una fuerza hacia afuera de 1G hecha por la gravedad artificial y luego otra fuerza perpendicular a la causada por la gravedad natural.
@ L.Dutch gran pregunta. Gira dentro de un caparazón ver edición.
@BladeWraith no es necesario girar el asteroide, la estación gira en un caparazón cilíndrico. Ver editar.
@AlexP ¡Cierto! Ya había estado pensando cómo se sentirían y llamé a las terrazas, es decir, piezas múltiples inclinadas.
@Cadence Vesta es un asteroide bastante grande y, aunque la estación tiene 20 millas de largo, la mayor parte de la gravedad natural debería atraer las cosas hacia la parte más profunda de la estación.
@dot_Sp0T Island Three es solo el más grande de los diseños de O'Neill.

Respuestas (1)

Entonces, una fuerza hacia el centro más o menos de Vesta de 0.03g y una fuerza perpendicular de 0.9995g. La Tierra experimenta variaciones de magnitud de hasta un 0,7% y la gravedad de Vesta representa un 3%. No estoy seguro de que la gente sienta todo esto, pero es "de lado", lo que sería extraño. Vamos a correr con eso.

OK (ha pasado un tiempo desde que hice física de planos inclinados, así que podría estar equivocado)...

Energía potencial = mgd sen(θ)

  • m = masa
  • g = constante de gravedad
  • θ = ángulo de la colina
  • d = distancia recorrida (supondremos "1")

A 0° la contribución debida a la colina es 0 J. Queremos una contribución igual al efecto de la gravedad de Vesta. F=ma.

m(0.03g) = mg sen(θ)

0,03 = sen(θ)

θ = 1.72° (¡que usted calculó! Estoy en el camino correcto).

Entonces, vivir en tu entorno significa sentir que estás constantemente subiendo y bajando una colina de 1,72°. ¿Como es eso?

Bueno... esa fue una forma larga y elegante de decir que estás subiendo 0,03 metros (30 cm) por cada metro caminado o poco más de una pulgada por cada 3,28 pies caminados.

Es casi nada. Dudo que la gente lo notara. De acuerdo con este sitio de ciclismo, una calificación del 3 % (lo que representa, subir/correr*100 = 0,03/1*100 = 3 %) es como andar en bicicleta contra el viento (por supuesto, no te dicen qué viento. ..) pero no se considera un gran desafío para los ciclistas.

De acuerdo, si una calificación del 3% es un problema o no, depende de lo que esté sucediendo. Para una persona que camina, es probable que no se note. Para un automóvil que se mueve a 70 mph, representa un riesgo si se produce un giro brusco. Para un tren, es un gran problema. Realmente depende de cuánta masa se esté moviendo. A medida que aumenta la masa, la pendiente de la colina se vuelve más importante (especialmente cuesta abajo) porque la energía necesaria para superar la pendiente aumenta con ella. Una calificación del 3 % no hará que mi Toyota Prius se recargue. Sólo digo'

Oooh. Tenías más preguntas. No puedes "nivelar las cosas" con terrazas. Puede sentirse como si estuviera viviendo en la ladera de una colina del 3%, pero en realidad no es así. No se puede cambiar un ángulo para que desaparezca la energía potencial debida a la gravedad de Vesta. Puedes agradecer la necesidad de hacer girar tu cilindro para eso.

Significa que si derramas un vaso de agua, querrá gotear en dirección al núcleo de Vesta. Recuerde, el 3% no es mucho. Si lo derramas sobre una hoja grande de vidrio lo verás moverse, pero si lo derramas sobre concreto probablemente no lo harás.

Supondrá un ligero aumento de la presión del aire hacia el centro de Vesta. Pero, una vez más, dudo que se notara.

Mmm. No entiendo por qué la idea de las terrazas no funcionaría. Si la estación nunca deja de girar, ¿no sería la fuerza neta en una colina de 1,72 grados la misma que apuntar hacia abajo, o hay algo en el giro que lo hace diferente?
Recuerda que no hay colina. En la tierra, las dos fuerzas (la gravedad y el efecto de la colina) son casi paralelas. En su caso, las dos fuerzas son perpendiculares: 90°-1,72° = 88,28° Al crear terrazas para eliminar el efecto de la gravedad de Vesta, ha hecho que su gente suba y baje colinas con una pendiente del 100 %. Vesta tiene el efecto de vivir en una colina... pero no hay colina. Podría girar su cilindro para que quede sobre la superficie en lugar de incrustado en el asteroide, pero el efecto es causar una variación del 3% debido al giro frente a Vesta.
Por supuesto, si el cilindro está sobre la superficie, puede ajustar el giro para que el efecto sea de ± 1,5 % de la norma terrestre, lo que podría ser más fácil de absorber/ignorar, si su historia puede manejar el cambio.
Tratando de entender esto... Ok, imagina que estás parado dentro de esta estación. Si coloca un nivel de 1 metro en el suelo orientado de "superficie" a "núcleo", la burbuja se desplazará hacia la superficie de una manera que se vería como un grado del 3% en la tierra. ¿Derecho? Si eso es cierto, si coloca un bloque de madera de 3 cm debajo del lado "núcleo" de su nivel de 1 m, ¿qué le sucedería a la burbuja?
Si coloca un nivel en el piso (pared) de su cilindro, la fuerza perpendicular de Vesta empujará la burbuja fuera del centro hacia el centro de Vesta. Pero recuerda, no estás lidiando con una fuerza y ​​una burbuja mecánicamente fuera de ángulo. Estás lidiando con dos fuerzas. La segunda fuerza (Vesta) siempre tirará contra la burbuja sin importar el ángulo en el que se encuentre (poniendo a cero solo a 90°). Y a medida que ajusta ese ángulo en su intento, está haciendo que la burbuja se desvíe del ángulo de la primera fuerza mucho mayor de su giro. Una solución mecánica no funciona porque no es un problema mecánico.
Ah, y "poner a cero solo a 90 °" solo se refiere al efecto en la burbuja debido a Vesta. En realidad, la burbuja se estrellará contra el lado más cercano a la pared debido al giro.
Entonces, existe la fuerza del giro que tira de la burbuja hacia la pared, y la mayor parte de Vesta debajo tirando de ella hacia abajo, y si equilibras precariamente esa burbuja entre esas dos fuerzas, ¿el ángulo será de 88,28°? ¿Es asi? (Perdón por ser tan denso aquí...)
No hay orientación de la burbuja que cancele la consecuencia de la gravedad de Vesta. Mi punto con el número de 88,28° es que si rotas el nivel de manera que la burbuja se equilibre con la gravedad de Vesta, el resultado es una terraza tan empinada en comparación con la gravedad del cilindro que las personas sentirán que están subiendo y bajando por una 100% grado. No puedes cancelar una de dos fuerzas perpendiculares con una solución mecánica. El problema no es mecánico. Tiene el efecto de un plano inclinado, pero no es un plano inclinado. La única solución es 0,03 g en la dirección opuesta.
Bien, esa es una buena manera de decirlo. Las terrazas resuelven el problema de estar desequilibrado con un vector de fuerza. El objetivo es tener un piso perpendicular al vector de fuerza. Tu problema es que tienes dos vectores... pero solo un piso. Cambiar el tono del piso para equilibrar un vector lo desequilibra para el otro (lo que empeora el problema). Una solución es una masa igual a la de Vesta tal que tienes una tercera fuerza, una que cancela a la otra, dejándote con un vector de fuerza. Su otra opción es encontrar un mínimo local que equilibre las dos fuerzas. Ya tienes eso.
Las terrazas en cualquier medida lo alejan de los mínimos locales. Por lo tanto, no hay terrazas. La gente se acostumbrará a la sensación de subir y bajar una colina poco profunda, pero no hay una colina ni una forma (práctica) de mejorar las cosas.
Lo tengo. Gracias JBH. Es contrario a la intuición para un habitante de la Tierra como yo, pero ahora tiene sentido. Y podría ser una narración interesante.
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