Extraterrestres acuáticos y los efectos de la aceleración en los vuelos espaciales

Una especie sensible de extraterrestres que habitan en el agua logran vuelos espaciales.

Sus viviendas contienen agua [sin gases libres].

Han evolucionado durante millones de años para regular su flotabilidad a voluntad.

Pregunta

¿Serán capaces de soportar una aceleración mucho mayor que un habitante del aire?

Motivo de la pregunta

Si mantienen una flotabilidad neutra, no se hundirán hasta el fondo y no subirán a la superficie. ¿Simplemente experimentarán un aumento en la presión del agua? Están acostumbrados a lidiar con cambios extremos de presión cuando se sumergen profundamente y regresan cerca de la superficie de su océano. Por lo tanto, seguramente una alta aceleración no les molestará.

notas

Si lo prefiere, puede discutir la diferencia entre un despegue turbulento a través de una atmósfera o una aceleración más suave en el vacío. Originalmente tenía la intención de que la aceleración solo fuera a lo largo del eje de viaje.

La capacidad de resistir la aceleración es el resultado de la genética y el medio ambiente. Si creciéramos en Marte, no podríamos tolerar las mismas fuerzas g que los humanos terrestres.
El agua no tiene ningún efecto sobre la experiencia de aceleración.
@anon - ¿Por qué? Los trajes G actúan igualando la presión alrededor del cuerpo. ¿No haría el agua lo mismo pero aún más?
Los trajes G funcionan comprimiendo las piernas y el abdomen para que la sangre no pueda salir de la cabeza. (Su propósito es evitar que la sangre salga de la cabeza del piloto y provoque la pérdida del conocimiento). El piloto experimenta exactamente la misma aceleración que una persona sin traje g, con la correspondiente dificultad para mover los brazos, etc., pero el traje g les da la oportunidad de no desmayarse o morir por falta de oxigenación cerebral.
Está bien, pero la dificultad para mover los brazos seguramente se debe a que el cuerpo y los brazos del viajero están presionados contra el asiento. Con flotabilidad neutra no estás presionado contra ninguna superficie. La presión del agua detrás de los brazos es la misma que la presión en la parte delantera de ellos. En todo caso, sus brazos se desplazarían hacia adelante debido al ligero diferencial.
@Steve - Gracias. Eso parece muy alentador ya que mis alienígenas respiran agua.
Espero que sus extraterrestres acuáticos hayan tenido éxito en el desarrollo de motores de cohetes significativamente más potentes/eficientes que los que tuvimos nosotros, los que respiran aire... Esos módulos orbitales pesarán toneladas literales. Como referencia: el módulo orbital Sojuz tiene una masa de aproximadamente 1000-1500 toneladas con un "espacio de tripulación" disponible de 5 m³. ¡Llenarlo todo con agua de repente hará que el módulo sea 4-6 veces más pesado! (Lo que significa mayores requisitos de combustible en las etapas superiores, por lo tanto, incluso más peso, lo que lleva a etapas inferiores significativamente más grandes).
¿No deberíamos asumir que el 'espacio vital' incompresible está protegido de 'tirones' por una capa de espacio comprimible con amortiguadores?
Relevancia en la vida real: ¿Nunca ha habido experimentos con, digamos, peces dorados transportados a la ISS?

Respuestas (7)

La respuesta es no; ni siquiera podrán soportar los límites normales de aceleración humana. No por la presión (inducida por la aceleración constante ), sino por el cambio de impulso en su medio ambiental (causado por los cambios repentinos en la aceleración, especialmente al comienzo del lanzamiento).

Un experimento simple que explica esto (no intente esto en la edición casera, por razones éticas, no porque me preocupen los resultados ); toma una pecera pequeña y pon una lagartija en ella, sella la parte superior y agítala. Después, la lagartija estará adolorida y más que un poco enojada contigo, pero estará viva. Tome una pecera llena de agua y un pez dorado, selle la parte superior y sacúdala. Tu pez estará muerto, casi al instante.

Edición adicional: otra analogía que podría considerar aquí son las ondas de choque causadas por Blast Fishing , que también provoca grandes cambios en el impulso en un corto tiempo.

¿Por qué? Porque el agua es un medio no comprimible (y es muy denso). En cualquier colisión, el objeto más deformable es el que también absorbe la mayor parte posible de la energía cinética del impacto. Esta es la razón por la que los coches modernos son tan "débiles" en comparación con los coches más antiguos y, en consecuencia, mucho más seguros. En un accidente, el auto se frena para absorber la mayor cantidad de energía cinética posible antes de transferirte el resto. Los autos más viejos y rígidos no hacen eso y, como resultado, muchas personas descubrieron lo que significaba ser el objeto más deformable en una colisión justo antes de morir.

El aire es muy comprimible (léase como deformable en esta respuesta), lo que significa que puede absorber mucha energía en comparación con su masa. Desafortunadamente, eso no significa mucho porque su densidad es muy baja, por lo que los dos tienden a equilibrarse entre sí. Aún así, nuestro lagarto solo tiene que preocuparse de ser el objeto deformable cada vez que choca contra una pared en la pecera. Abróchelo, y le irá mucho mejor (de ahí los cinturones de seguridad).

Su pescado, por otro lado, está en un medio que no solo no es comprimible, sino que también es muy denso. Esto significa que se necesitará MUCHA más energía para lanzar toda esa agua debido a la masa y, lo que es más importante, el cambio repentino de aceleración arrojará toda esa masa no comprimible en tu dirección tan pronto como comiences a acelerar, probablemente aplastandote Esto también significa que cualquier forma de maniobra en el espacio o problemas con el motor que causen vibraciones o sacudidas significativas son motivo de preocupación debido a los cambios de impulso rápidos y grandes que no sean la aceleración constante a lo largo de su línea de eje.

El problema con el razonamiento de su pregunta es que la flotabilidad no es lo mismo que la presión. La flotabilidad es densidad relativa , mientras que la presión es la fuerza de una masa que se aplica contra ti (esto es una simplificación pero funcionalmente correcto). Claro, la presión en las profundidades del océano puede ser extrema, pero también se puede introducir a tus criaturas lentamente: no pasan instantáneamente de 10 m de profundidad a 1000 m de profundidad, y hacerlo los mataría. Pero, en un cohete, eso es exactamente lo que les pides que soporten.

Estarían mucho mejor en algún tipo de gel, que les permite respirar pero es más liviano y puede absorber la mayor parte del impacto por ellos. El agua no es el mejor medio para encontrarse cuando se enfrenta a una aceleración repentina.

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
Tu propuesta de experimento es un poco engañosa. nos aconsejas que no lo intentemos y sospecho que tú tampoco. Entonces, ¿por qué deberíamos creer tu conclusión? (también conocido como cita necesaria)
Dicho de otra manera: así como volar un cohete es como volar en una explosión permanente, ¿volar un cohete en una pecera es como pescar con dinamita de forma permanente?
Soy escéptico de su afirmación de que el lagarto escapará prácticamente ileso después de ser golpeado contra los lados de la pecera mientras se sacude. Si esta foto es legítima, entonces este pez dorado sobrevivió al caer 1 m al suelo en su pecera. La desaceleración repentina al final no parecía ser fatal.
¡es verdad! lo probé, y después de que el pez dorado se sacudió violentamente en el agua , esto es lo que había en el tazón , por otro lado, ¡mi dragón barbudo salió e inmediatamente me mordió!
El problema de los picos de presión repentinos debido a la incompresibilidad podría superarse fácilmente mediante la ingeniería; por ejemplo, un pistón cargado por resorte que absorbe la carga dinámica del agua.
Tengo que estar en desacuerdo con esta respuesta. Por un lado, tengo mis reservas sobre el resultado. Además, es completamente diferente a la aceleración en un vuelo espacial, porque el recipiente se sacude de un lado a otro. Un recipiente que se acelera constantemente en una dirección no tendrá ondas de presión que se propaguen a través de él, ya que es idéntico a un cuerpo de agua que se encuentra en un planeta con una aceleración gravitacional diferente. Finalmente, la comparación con la pesca con dinamita no tiene ningún sentido, ya que las aceleraciones involucradas son muchos órdenes de magnitud mayores que las que se encuentran en los vuelos espaciales.
Necesito ejecutar los cálculos antes de publicar una respuesta, pero esto va en contra de mi intuición. Se sabe que sumergir a los seres humanos en líquido mejora drásticamente su resistencia a las fuerzas de la gravedad. ¿Por qué no lo haría con otras especies? Me pregunto si parte de la respuesta es simplemente que los peces dorados nunca evolucionaron para lidiar con ese tipo de impactos, mientras que los lagartos pueden caer de los árboles o de las rocas.

Suponiendo que la nave espacial esté totalmente llena de agua (es decir, sin espacios de aire), los extraterrestres experimentarán dos efectos.

En primer lugar, el efecto de la aceleración sobre la masa de agua en la nave espacial. Para cualquier aceleración significativa habrá un gradiente en la presión del agua a lo largo del eje de aceleración. Suponga una nave espacial de 200 m de largo, con una aceleración de 10 g. En el 'frente' de la nave, la presión del agua será insignificante, en la parte trasera sería equivalente a la que se encuentra en la Tierra a una profundidad de unos 2 km (alrededor de 200 atmósferas). Si la nave espacial desacelerara al mismo ritmo, se produciría una inversión casi instantánea; del gradiente de presión (ahora despreciable en la parte trasera de la nave y 200 atmósferas en la parte delantera). Estas presiones aumentarían en un recipiente más largo o con aceleraciones más altas: 500 m de largo y 20 g le darían 1000 atmósferas casi instantáneas. ¡Equivalente a sumergirse casi instantáneamente en el fondo de la fosa de las Marianas! Entonces, si la criatura dependiera de las vejigas natatorias para la moderación de la flotabilidad, estaría en un gran problema (los peces de aguas profundas no se desarrollan bien cuando se los draga rápidamente a la superficie). El desconcierto interno en la nave espacial podría resolver este problema, pero entonces sería muy difícil abrir/cerrar puertas y moverse durante la aceleración.

En segundo lugar, estaría el efecto de aceleración dentro del cuerpo de la propia criatura. Las criaturas terrestres a menudo experimentan una aceleración local significativa y sacudidas como resultado de saltos, caídas, etc., por lo que han evolucionado para que los órganos internos de densidad variable estén restringidos en su posición contra estas fuerzas. Una criatura marina, dependiendo de su modo normal de transporte dentro del agua , puede no estar sujeta a estos efectos de aceleración/discordancia en su vida normal (considere, por ejemplo, una medusa). Entonces, si están acostumbrados a estar amortiguados en el agua, sus partes internas pueden ser más sensibles a la aceleración que las nuestras.

Entonces, la respuesta dependería de las características específicas de la criatura. Una marsopa musculosa que se sumerge profundamente, tal vez. Medusas flexibles y flotantes, probablemente no.

El problema de estar en la parte delantera o trasera del barco seguramente se puede resolver permaneciendo en el medio del barco durante la aceleración y la desaceleración.
¿No te olvidas de que en su mayoría somos agua incompresible? Los cambios repentinos de presión son peligrosos para nosotros porque no dan tiempo a los espacios de aire de nuestro cuerpo (pulmones, senos paranasales, oído interno...) para igualar su presión a la presión ambiental. Los gases disueltos son un problema, solo después de haber tenido tiempo de absorberlos a una presión relativamente más alta que aquella a la que está expuesto posteriormente (enfermedad por descompresión). Suponiendo que estos extraterrestres hayan evolucionado sin tales espacios de aire y que los cambios de presión sean graduales, seguramente el mejor extraterrestre sería como una medusa.
El desconcertante interno evitaría que un extraterrestre se exponga a la presión adicional de cuerpos de agua demasiado grandes que actúan sobre ellos, pero aún estarán expuestos a la fuerza g. El efecto fisiológico de eso es extraer sangre dentro de nuestro sistema circulatorio, ya sea lejos o hacia nuestros cerebros, dependiendo de la orientación de la aceleración. Esto sería lo mismo independientemente del medio en el que esté nadando (o atado). Un extraterrestre sin un sistema circulatorio como el nuestro, ¿seguramente sería inmune?
¿Con qué tipo de barcos estás soñando? 500m, 20g parece tremendamente fantástico. Me fijaría más en las dimensiones de una cápsula soyuz. una altura de agua de quizás 2m.
@chasly En medio de un barco de la longitud sugerí que la presión máxima sería la mitad de la presión máxima en los extremos. Una aceleración tan alta aún resultaría en presiones significativas. .
@flipside, la pregunta sugirió específicamente que la especie podría "regular su flotabilidad". A falta de alguna forma de antigravedad biológica especulativa, esto solo se puede lograr variando la densidad dentro del cuerpo. En principio, esto podría lograrse mezclando y sin mezclar dos líquidos incompresibles diferentes, pero un escenario más natural sería bombear un gas comprimible dentro y fuera de una "vejiga natatoria". Incluso los peces de aguas muy profundas utilizan una disposición similar en nuestros océanos.
@ths Me quedaré con los 20 gs como la pregunta sobre "aceleraciones mucho más altas". La longitud de la nave fue solo para fines ilustrativos para describir el efecto de compresión que no existe para criaturas como nosotros que viven en un fluido de baja densidad. Pero si se limitan a naves espaciales de 2 m de largo, obviamente los viajes interestelares (y probablemente incluso interplanetarios) estarán para siempre fuera de su alcance.
no necesitas aceleraciones altas una vez que estás en el espacio. no necesitas hábitats voluminosos para salir al espacio.
No necesitas llenar toda la nave con agua, solo una cámara llena de agua un poco más grande que el alienígena.

¿Simplemente experimentarán un aumento en la presión del agua? Están acostumbrados a lidiar con cambios extremos de presión cuando se sumergen profundamente y regresan cerca de la superficie de su océano. Por lo tanto, seguramente una alta aceleración no les molestará.

Los mayores problemas surgirán donde haya diferencias de densidad dentro de su cuerpo. Piense en poner un cubo de acero dentro de un molde de gelatina. A medida que los somete a una presión más alta, no sucede nada malo (no hay bolsas de aire para comprimir).

Pero a medida que lo acelera, está cambiando las fuerzas en el límite donde cambia la densidad. El cubo de acero más denso quiere estar en el "fondo" de la sartén. A medida que aumenta el campo gravitacional local, mayores son las tensiones necesarias para mantener las densidades fuera de orden.

¿Las criaturas tienen huesos? ¿Órganos sensibles, pero ligeros? ¿Órganos complejos con múltiples tejidos de diferentes densidades? Cuanto mayor es la aceleración, mayores son las fuerzas que aparecen dentro de ellos.

En estudios humanos, el mayor daño en los límites alcanzados no fue en los pulmones u otros aspectos de los espacios vacíos, sino en la retina. Eso tiene lugar completamente dentro de un contenedor de líquido cerrado, pero aún está sujeto a daños a altas aceleraciones.

Sí, podrán manejar aceleraciones más altas. Esto ha sido respondido por Steve y AlexP en los comentarios (posiblemente otros también)

Primero, es útil darle la vuelta a la pregunta, ¿por qué las criaturas que respiran aire sufren más aceleración que las criaturas acuáticas? Imagínese parado bajo 10 g de aceleración en el aire. También digamos que tu sangre es agua para simplificar las cosas. El aumento de presión a tus pies:

Δ PAG = ρ gramo Δ h ≈ ( 1000 ) ( 10 × 10 ) ( 2 ) = 200 k PAG a = 2 b a r

Mientras que la presión del aire exterior aumenta a sus pies:

Δ PAG = ρ gramo Δ h ≈ ( 1 ) ( 10 × 10 ) ( 2 ) = 200 PAG a = 2 metro b a r
Hay casi 2 bares de diferencia de presión entre la sangre de los pies y el aire exterior. Mucha sangre se acumula en tus pies y piernas, tu corazón no podrá bombearla hasta tu cabeza, pierdes el conocimiento.

Si en lugar de aire, estás rodeado de agua, la diferencia de presión entre la sangre de tus pies y el medio circundante es cero, no hay charcos de sangre. Te mantienes consciente.

Pero todavía hay casi 2 bares de presión entre la cabeza y los pies, es posible que le preocupe que su corazón tenga que trabajar duro para bombear contra ese gradiente de presión. Realmente no, siempre que todo sea incompresible. Simplifiquemos su sistema circulatorio para que sea un bucle simple. Ahora se ve así:

0
Con tu corazón como una bomba infinitamente delgada en un lado. A medida que su corazón bombea agua hacia arriba por un lado, es reemplazada por agua que baja por el otro lado. El agua de reemplazo llega a la bomba casi a la misma presión que el agua que sube, ya que todo es un circuito cerrado sellado con un fluido incompresible, por lo que no tiene que superar una diferencia de presión alta, ya que está siendo efectivamente agua de alimentación a alta presión para empezar. Básicamente, así es como funcionan los trajes de presión en los aviones de combate.

Por último, algunas respuestas sugieren que los cambios de presión en una columna profunda de fluido los matarán, esto es cierto si son malos ingenieros. Si construyen su nave espacial como una columna de agua continua de 100 m, lo pasarán mal a altas aceleraciones. Si, en cambio, dividen esos 100 m en 100 habitaciones selladas de 1 m de altura, sin columna de agua en los pisos superiores, entonces experimentan aumentos de presión mucho menores. En algún momento, 10 cm de columna de agua por encima de ellos los matará, pero requerirá mucha aceleración.

Siempre que usen un fluido con densidad similar a su sangre, diseñen correctamente su nave espacial para altas aceleraciones, podrán tolerar aceleraciones más altas que los animales terrestres. También ayudará si no regulan la flotabilidad con un arreglo similar a una vejiga de aire.

Sí, siempre que puedan soportar altas presiones, podrán soportar aceleraciones mucho más altas que las que podría soportar un ser humano (en el aire).

La aceleración es equivalente a la gravedad, y su intuición puede funcionar mejor pensándolo de esa manera (sé que la mía lo hace). Aumentar la gravedad en un recipiente de agua aumentará la presión del agua linealmente. Entonces, por ejemplo, si puede soportar 10 veces la presión a 1 g, puede soportar 10 g de aceleración.

Lo siento, pero esto no es correcto. Si puede soportar 100 m de profundidad del agua (10 veces la presión del aire terrestre), entonces puede soportar 10 g de fuerza EN EL AIRE . Fuerza, = Masa x Aceleración, y la masa del agua que te presiona a 10 g a 100 m de profundidad equivalente de agua a 1 g va a matar a un humano normal. Podemos sumergirnos hasta alrededor de 150 m con equipo de buceo con la mezcla de aire adecuada, y podemos soportar alrededor de 15 G en una atmósfera, más aún en una atmósfera menos densa como la que se colocó en la nave espacial Apolo.
Para esta pregunta, realmente no podemos asumir 'un humano normal'. En todo caso, los extraterrestres tendrían una fisiología consistente con la de una criatura marina terrestre [elija la suya].
¿Tendrían una vejiga natatoria (es decir, una cavidad llena de gas dentro del cuerpo) como la mayoría de los peces?
@Tim B II Las cosas que te lastiman en el buceo en aguas profundas son muy diferentes de las que lastiman a los pilotos humanos si aceleras demasiado rápido. En el primero, el agua que te aplasta no es realmente un problema, ya que tu cuerpo es prácticamente agua y, por lo tanto, incompresible. El verdadero problema tiene que ver con los gases que se vuelven tóxicos por encima de ciertas presiones y los detalles de cómo se difunden en la sangre. El cálculo que diste es más o menos un non-sequitur que casualmente dio una respuesta razonable.

Otro factor que aún no se ha mencionado: las criaturas acuáticas generalmente serán mucho más débiles que las criaturas terrestres similares. Una criatura acuática no tiene que soportar su propia masa, y mucho menos su propia masa al caer.

si quieres una especie acuática avanzada, solo haz que el mundo natal tenga una atmósfera increíblemente densa. la forma en que funciona la flotabilidad es (tldr), debe ser menos denso que en lo que está flotando (eso ignora el desplazamiento y esas cosas), la densidad del agua es de 997 kg / m³, mientras que los humanos son de aproximadamente 985 kg / m³. Ahora, sé lo que estás pensando. "Si el gas será tan denso como el agua de todos modos, ¿por qué no limito la presión y me hago acuático de todos modos?"

la razón es una broma corriente en los foros de un juego llamado 'thrive'.

ES IMPOSIBLE QUE UNA ESPECIE OCEÁNICA DESARROLLE TECNOLOGÍA. la combustión es imposible en el agua. no pueden fabricar herramientas de metal. solo.... ve a prosperar y te lo explicaran mejor.

Extraterrestres acuáticos y los efectos de la aceleración en los vuelos espaciales
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