¿Qué tan grandes son las aceleraciones de las mareas dentro de la ISS?

Esta pregunta se refiere a colocar un objeto en reposo en la Estación Espacial Internacional. Pero la ISS es un objeto grande, lo suficientemente grande como para que la gravedad varíe a través de él y provoque fuerzas de marea que pueden acelerar los objetos lejos de donde los dejaron.

¿Qué tan grandes son las aceleraciones de las mareas en la ISS? ¿Son lo suficientemente grandes como para mover cosas notablemente hacia el techo y el piso , y desde los extremos?

Respuestas (2)

Las fuerzas de marea provienen de gradientes en los campos gravitatorios.

A lo largo del eje horizontal de la estación, la distancia a la Tierra permanece igual, por lo que no hay gradiente y, por lo tanto, no hay fuerzas de marea.

Para encontrar el gradiente a lo largo del eje vertical, simplemente podemos usar la derivada.

( m r 2 ) = 2 m r 3

En el radio orbital de la ISS, esto resulta en un gradiente de 2.6 10 6 s 2

La ISS es bastante plana, por lo que solo puede multiplicar ese gradiente por un puñado de metros entre el "piso" y el "techo" en los módulos, por lo que en el orden de 10 5 metro / s 2

Eso sigue siendo una magnitud mayor que la aceleración debido a la resistencia aerodinámica en la estación, 10 6 metro / s ²

Sin embargo, no es la aceleración dominante dentro de la estación. Los artículos perdidos terminan en los filtros de aire.

editar : gracias, uhoh, por recordarme que hay un tercer eje a considerar, el eje norte-sur. La rigidez aquí debería proporcionar un ligero efecto, más bajo que en el eje vertical, pero no es cancelado por la velocidad orbital de la misma manera que lo es el eje progrado-retrógrado. Aquí hay una página de la NASA que mapea todos los 3 ejes

¿No hay un gradiente a lo largo de la estación debido a la variación en la dirección de "abajo"?
Habría habido, si la estación no estuviera a velocidad orbital.
ligeramente relacionado: microgravedad más baja de la ISS
El gradiente a lo largo de un eje horizontal es la mitad del gradiente a lo largo del eje vertical, pero la ISS está mucho más extendida horizontalmente que verticalmente. Menos uno.
Tiene que haber un gradiente a lo largo de la longitud, a menos que la estación esté curvada para ajustarse al perfil de un círculo de 400 km de radio. Si asume que es recto y "horizontal", entonces los extremos deberían estar alrededor de 170 cm más lejos de la Tierra que el medio.
@hobbs esa es solo una forma diferente de crear una diferencia de altura.
@hobbs: Creo que perdiste algunos dígitos allí. Y se olvidó de incluir el radio de la Tierra. Específicamente, para obtener una diferencia de elevación de 170 cm, parece que usaste un radio orbital de 400 metros, no 400 + 6371 kilómetros . Con el radio correcto, obtengo una diferencia de elevación de aproximadamente 0,1 mm entre los extremos de la ISS y el medio.

Actualización: esta no es una respuesta directa a la pregunta formulada (gracias a @ruakh por señalar esto en los comentarios), sino una respuesta complementaria que describe otro factor gravitatorio que afectaría el movimiento de un objeto en reposo dentro de la ISS.

Según este artículo de la NASA , un objeto se movería dentro de la ISS debido a la fuerza gravitatoria mutua entre el objeto y la ISS.

El artículo sugiere que, debido a la ley general de atracción de masas en ausencia de otras perturbaciones (como el flujo de aire dentro de la estación), cualquier objeto dentro de la ISS, independientemente de si está en movimiento relativo a la ISS o sin él, eventualmente terminará en reposo. tocando la pared que está más cerca del centro de masa común (del objeto y la ISS):

La ley general de atracción de masas es válida incluso para la propia estación espacial y hace que todas las masas sean atraídas hacia el centro de masas común; sin embargo, debido a la relativa insignificancia de toda la masa, se atraen con una aceleración tan extremadamente leve que recorrer solo un metro lleva horas. Sin embargo, los objetos no asegurados finalmente impactarán en una de las paredes de la habitación, ya sea como resultado de este o de su otro movimiento aleatorio, e inmediatamente permanecerán en esta pared o, si su velocidad fue lo suficientemente grande, rebotan una y otra vez entre los demás. paredes de la habitación dependiendo del grado de elasticidad, flotando hacia adelante y hacia atrás hasta que su energía de movimiento se gasta gradualmente y también llegan a descansar en una de las paredes. Por lo tanto, todos los objetos suspendidos librementedentro de la estación espacial aterrizará en las paredes con el tiempo ; más específicamente, se acercarán lo más posible al centro de masa común de la estructura.

Este fenómeno puede prolongarse durante horas, a veces durante muchos días, e incluso una débil corriente de aire bastaría para interferir con él y/o arrancar objetos de la pared , donde ya están en reposo pero adheridos muy débilmente, y mezclar ellos todos arriba.

El OP pregunta sobre el efecto de las diferencias en el campo gravitatorio de la Tierra (un objeto que está un poco más lejos de la Tierra que el centro de masa de la ISS sentirá un poco menos de gravedad que la ISS y, por lo tanto, se desplazará hacia afuera en relación con la ISS; y viceversa con uno que está un poco más cerca), mientras que ese artículo trata sobre el efecto del propio campo gravitatorio de la ISS (un objeto en o cerca de la ISS será atraído hacia el centro de masa de la ISS). Pero es bueno mencionar el último, porque el primero parece discutible si es eclipsado por el segundo (que, no sé si lo es).
@ruakh gracias por el comentario. ¿Sería seguro asumir que hay al menos 4 factores que causarían un movimiento relativo entre un objeto "estable" dentro de la ISS y la propia ISS?: 1) diferencia en el radio vector, es decir, distancias del centro de masa del objeto y de la ISS /gravedad al centro de la Tierra; 2) atracción gravitacional mutua entre el objeto y la ISS si el cg del objeto no está exactamente en el mismo lugar que el cg de la ISS; 3) cambio en la trayectoria/velocidad de la ISS debido al arrastre atmosférico mientras que el objeto interior no experimenta el arrastre; 4) fuerzas debidas a la circulación de aire en el interior de la ISS.
Si eso es correcto.