Supongamos que uno construye una esfera de Bernal , similar en diseño a la descrita en este artículo y este artículo en la National Space Society.
si es una esfera, entonces no, en los "polos" la gravedad aparente sería menor que en el "ecuador", esto es lineal, por lo que si se reduce a la mitad la distancia al eje, la gravedad aparente se reduce a la mitad. Cerca de los polos, la gravedad también sería un poco lateral, pero eso es fácil de resolver con un diseño en forma de terraza.
Puedes resolver esto haciendo que la esfera sea un cilindro (o estirando la esfera a una forma más oblonga) donde la gravedad sea consistente en la superficie. O rotando diferentes latitudes a diferentes velocidades.
Hay una variedad de formas diferentes en las que la gravedad artificial (la aceleración experimentada) no sería constante dentro de una esfera giratoria. No hay forma de reducir estas discrepancias lo suficiente como para hacerlas indistinguibles para los humanos (aparte del inútil caso trivial de ralentizar la rotación y hacer que la gravedad en todas partes sea tan baja que los humanos no puedan percibirla).
De pie en el interior de la esfera, te mueves en un círculo alrededor del eje de rotación. Este círculo es más grande en el ecuador y se vuelve gradualmente más pequeño hasta que tiene un radio cero en los polos. Dado que el tiempo necesario para una revolución es el mismo en todas partes, hay gravedad máxima en el ecuador y gravedad cero en los polos.
La dirección de la gravedad es directamente opuesta al eje de rotación. Esto significa que la superficie parece ser horizontal en el ecuador, pero a medida que caminas hacia el polo se vuelve más empinada, como si subieras por el interior de un cuenco.
Parado en la superficie interior de la esfera, te sientes estacionario, pero en realidad te estás moviendo en un círculo. Si camina o corre en la dirección opuesta a este movimiento, pesará menos. Si te mueves en la misma dirección que este movimiento, pesarás más. Si el radio no es lo suficientemente grande, correr puede hacer que pierdas el contacto con el suelo y te dejes llevar por el aire. Aumentar el radio aumenta la velocidad que necesitarías alcanzar para volverte ingrávido, por lo que correr ya no es un problema, pero incluso una esfera grande seguirá teniendo este problema a medida que te acercas a los polos y el radio disminuye.
Esto será más problemático si hay un transporte motorizado a una velocidad superior a la de funcionamiento. Si el radio exterior (radio ecuatorial) es suficiente para evitar problemas a la velocidad de marcha, aún podría haber problemas cerca de los polos o en los pisos altos de los edificios.
Cuanto más te acercas al eje de rotación (que parece estar encima de ti), menos pesas. Esto significa que cuando está de pie, su cabeza experimenta una gravedad menor que sus pies. Para evitar que este efecto sea lo suficientemente grande como para causar incomodidad, el radio debe ser lo suficientemente grande como para que la gravedad cambie lentamente con la altura. Este es un problema en una esfera, ya que el radio de rotación disminuye a medida que te acercas a los polos.
Esto también significa que alguien en un edificio unos pisos más arriba que usted se sentirá más liviano que usted, dirigiéndose hacia la ingravidez en el eje de rotación.
El efecto Coriolis provoca lo que se siente como una aceleración horizontal cuando se acerca o se aleja del eje de rotación (es decir, durante el proceso de sentarse o ponerse de pie, o al subir o bajar escaleras o en un ascensor). Esto se combina con la aceleración aparente hacia abajo para producir una aceleración aparente que ya no es directamente hacia abajo. La sensación es que el suelo ya no está horizontal, como si de repente se hubiera inclinado.
Por esta razón, se puede permitir que los ascensores giren para que el piso pueda alinearse con el plano horizontal inclinado temporalmente durante el ascenso y el descenso, volviendo a la normalidad cuando se detienen.
De nuevo, este efecto se reduce aumentando el radio.
En un cilindro, simplemente puede hacer que el radio sea lo suficientemente grande para que estos efectos sean demasiado pequeños para causar problemas. En una esfera, una gran proporción del área de la superficie tiene un radio de rotación más pequeño, acercándose al radio cero a medida que se acerca a los polos, por lo que es más difícil evitar estos problemas a menos que solo use la superficie más cercana al ecuador.
Incluso si la apariencia exterior de la estructura es esférica, sería más práctico que los pisos internos fueran cilíndricos, de modo que el piso parezca horizontal dondequiera que se pare.
Incluso así, las personas en pisos suficientemente altos (más cercanos al eje de rotación) sufrirán molestias y desorientación, acompañadas en muchos casos de náuseas. Estas áreas pueden estar restringidas al uso científico o al almacenamiento (o tal vez tener un alquiler muy bajo si su esfera tiene una economía).
Esta respuesta ya es larga, así que no he incluido números específicos. Si quisiera saber algo en particular, como el radio o la velocidad de rotación a la que correr causaría ingravidez, o el cambio en el peso por piso si el piso exterior tiene la gravedad normal de la Tierra y el radio es una milla, entonces se les podría preguntar lo siguiente: preguntas separadas.
La gravedad rotacionalmente simulada siempre apunta directamente lejos del eje de rotación, y no hay forma de cambiar eso. Desafortunadamente, la respuesta es no a la segunda pregunta.
Para la primera pregunta, esencialmente cuanto más te alejas del eje, más fuerte se vuelve la gravedad simulada. Tienes caída libre justo en el eje, luego, a medida que te alejas, la fuerza se vuelve más y más fuerte.
phil escarcha