Efecto del agua sobre el bamboleo de la estructura giratoria

Si tenemos una estructura que gira para crear gravedad artificial, entonces si la masa no está perfectamente distribuida a lo largo de la circunferencia, el CM se desplazará del centro geométrico, por lo que habrá un bamboleo.

Hice esta ilustración para mostrar los bamboleos que ocurren cuando una persona va a visitar a su amigo en el lado opuesto de la estructura.

tambalearse

Algunas concepciones de los artistas incluyen agua en forma de lagos y, a menudo, son cuerpos de agua contiguos que rodean toda la circunferencia ( ejemplo de la esfera de Bernal ). Si asumimos que hay un cuerpo de agua que fluye libremente alrededor de toda la circunferencia como este (y es lo suficientemente profundo), entonces está claro que el agua se moverá como resultado de un movimiento de masa ya que la superficie del agua anterior ya no es equipotencial. Esto también moverá el CM.

¿Cómo afectaría la presencia de agua al bamboleo?

Hmmm ... obviamente eres consciente de que esto generalmente se descuida en las representaciones ficticias. Creo que necesita algo del orden de 10 metros de protección equivalente en agua (MWE) para una protección adecuada contra tormentas solares, lo que significa que generalmente está seguro al ignorar el movimiento de los habitantes, pero las grandes masas de agua pueden ser otro tema completamente diferente.
@dmckee Las representaciones ficticias son una cosa, pero ha habido intentos serios de estudiar qué funcionaría para los hábitats espaciales. La hidrodinámica sería de interés para eso. Quiero decir, en el peor de los casos, podría ser inestable, y en el mejor de los casos, podría evitar que su eje se mueva. Con respecto a la radiación, no creo que nadie pida que el agua esté debajo de la gente en primer lugar. Mi intención es que las personas con caras sonrientes estén en tierra firme y el agua esté a su lado. No sería el mismo problema si estuvieran en botes.
Los metros equivalentes de agua son una noción común en la física de neutrinos para la cantidad de protección contra rayos cósmicos que tiene, que es independiente de la geología local. Si tuviera mucha agua, podría usarla de esa manera, pero supongo que fusionará un montón de roca en el exterior y la estabilizará con acero estructural. Pero lo que eso hace es poner un límite más bajo en la densidad de área del caparazón (alrededor de 10 toneladas por metro cuadrado) a menos que vaya a protegerlo magnéticamente.
@dmckee No puedo decir si esto es lo que quisiste decir o no, pero me imagino que esta roca se colocaría alrededor de la estación, y no como parte de la masa giratoria. La fuerza material necesaria para mantener una atmósfera de presión crece linealmente con el volumen y sería sustancial para cualquier hábitat tan espacioso. Una atmósfera equivale a unos 10 metros de agua (que no es una coincidencia), por lo que el blindaje duplicaría los requisitos de material. No obstante, nunca he leído que nadie más proponga esa idea.

Respuestas (2)

El sistema CM es lo único que podemos identificar que es verdaderamente inercial. Que ese sea el origen.

También se debe tener en cuenta que el CM es una combinación del CM ponderado en masa de todos los componentes. Esos componentes son:

  • El hombre que se mueve
  • La estructura rígida

  • El cuerpo de agua, que voy a descomponer en partes geométricas:

    1. El borde exterior, o el "suelo del lago"
    2. La superficie, que siempre es un círculo alrededor del sistema CM

El último punto es absolutamente crucial, pero resumamos todo el curso de los acontecimientos. El hombre se mueve en la dirección negativa del eje y (hacia abajo). Dado que el CM del sistema permanece en su lugar, el CM de la (estructura + agua) se mueve en la dirección positiva del eje y (hacia arriba). Podemos adivinar que la estructura rígida se mueve "hacia arriba" como en la ilustración OP. Como imaginamos eso, el fondo del lago se mueve pero la superficie no. Eso significa que la masa del lago se mueve "hacia arriba", en la misma dirección que la estructura. Solo con esta información, concluimos que la oscilación se reduce por la presencia del agua. Profundicemos en la dinámica del agua.

El agua es una región anular. A medida que la estructura rígida se mueve hacia arriba, el borde exterior se mueve hacia arriba, haciendo que el anillo tome la forma de una luna creciente.

creciente

Cuando la estructura se mueve, mueve el círculo exterior pero el círculo interior permanece exactamente en el mismo lugar en relación con el CM del sistema. Por lo tanto, el círculo interior no puede tenerse en cuenta en el cálculo de la ubicación revisada del CM del agua. El centro de masa del agua, por lo tanto, se pondera como si el círculo interior simplemente no estuviera allí. Eso creará una masa "artificial" extremadamente grande de agua que disminuirá la oscilación del sistema. ¡El agua disminuye la cantidad de bamboleo tanto como lo haría si todo estuviera completamente lleno de agua! En la medida en que no esté secando ninguna parte, esto será cierto y será irrelevante para el nivel del agua.

Ce n'est pas une réponse. (¿Dónde están los hidrodinámicos?)

¿Ha considerado la posibilidad de "tsunamis"?

Las ondas de gravedad tienen una velocidad de onda aproximada v w = gramo h , con h la profundidad del agua y gramo = v s 2 / R la aceleración radial (de un cascarón cilíndrico con radio R y la velocidad de la pared v s ).

Entonces v w = ( h / R ) v s , y la velocidad de la onda es menor que la del caparazón.

La pregunta es si un patrón de onda estacionario en particular podría volverse resonante y extraer energía de la carcasa giratoria para aumentar la amplitud de la onda (y la oscilación).

No tengo idea de cómo averiguar eso.

Efecto del agua sobre el bamboleo de la estructura giratoria
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