Si una nave espacial acelerara constantemente, ¿sus astronautas sentirían constantemente el movimiento hacia adelante?

Sé que si una nave espacial viajara muy rápido de repente, sus astronautas volarían contra la pared trasera y podrían lastimarse. Si la nave espacial se detuviera repentinamente, también volarían contra la pared frontal.

Supongamos que una nave espacial pudiera acelerar a un ritmo constante, por ejemplo:

Time    | Speed
------------------
1:00 pm | stopped
1:10 pm | 100 Kph
1:20 pm | 200 Kph
1:30 pm | 300 Kph
  • A medida que la nave espacial acelera a un ritmo constante, ¿los astronautas sentirían constantemente el movimiento hacia adelante de la nave durante su viaje?
  • ¿Comenzarían los astronautas a sentir que el movimiento es cada vez más rápido?
  • Si la nave espacial continuara acelerando de esta manera durante muchas horas, ¿se lesionarían eventualmente los astronautas por la gran velocidad?

Respuestas (5)

Supongamos que la nave espacial estuviera acelerando constantemente a 1 g, ¿cómo se sentiría eso? Bueno, Einstein nos dio la respuesta a eso: se sentiría exactamente como estar de pie en la superficie de la Tierra, donde la aceleración de la gravedad es de 1 g. Esta es (una afirmación del) principio de equivalencia de Einstein . Si la aceleración continuara durante muchas horas, no sería diferente a estar en la superficie de la Tierra durante muchas horas, lo que por supuesto todos hacemos.

Intentaré dar una respuesta lo más simple posible a cada una de sus tres preguntas.

  1. Los astronautas siempre sentirán la aceleración (pero como señaló Muphrid, en este caso es pequeña y es posible que ni siquiera se note)
  2. No es posible sentir la velocidad en una nave espacial. Los astronautas en órbita viajan a 28000 km/h pero no sienten absolutamente nada, incluso si están afuera. De manera similar, dentro de un automóvil no siente la velocidad, solo el cambio de velocidad (es decir, la aceleración, y tenga en cuenta que la aceleración puede ser en cualquier dirección: hacia adelante, hacia atrás, hacia la izquierda, hacia la derecha, hacia arriba o hacia abajo). Sientes la velocidad solo si viajas por el aire, donde sientes que el aire te arrastra.
  3. La velocidad no causa ningún daño en absoluto, ya que nunca sientes ninguno de sus efectos.

Ahora un par de condiciones.

Primero, si su velocidad se convirtiera en una gran fracción de la velocidad de la luz, cualquier partícula (incluso átomos individuales o partículas nucleares) que encuentre volaría limpia a través de la nave espacial y del astronauta. Si vas lo suficientemente rápido, estas partículas en efecto se convierten en radiación nuclear, y eso de hecho puede hacerte daño.

Además, no es posible, ni siquiera en teoría, seguir aumentando la velocidad en 100 km/h cada 10 minutos. Nunca podrás ir a más de 300.000 km/s aunque sigas acelerando eternamente. La misma fuerza te dará una aceleración cada vez menor a medida que vayas más rápido. Esto es lo que descubrió Einstein con su teoría de la Relatividad Especial.

Me pregunto si un objeto (o astronauta) aún experimentaría la misma fuerza/aceleración normal cuando la nave espacial "acelerada" se acerca a la velocidad de la luz.
Si sigues aplicando fuerzas cada vez mayores a medida que la masa crece con la velocidad, entonces sí, los astronautas sentirán la misma aceleración. Si la fuerza permanece igual, entonces la aceleración disminuirá a medida que aumente la masa.
@hdhondt Lo que dijiste es incorrecto. Si una nave se mueve debido a una fuerza constante, los astronautas sentirán una fuerza constante. La fuerza no disminuirá a medida que la nave se acerque a la velocidad de la luz, incluso aunque la aceleración de la nave disminuya desde la perspectiva de un observador externo . Dentro de la nave, los astronautas no notarán nada diferente a medida que su nave se acerque a la velocidad de la luz. No es necesario aumentar la fuerza para mantener el sentido de movimiento hacia adelante de los astronautas.
"Los astronautas en órbita viajan a 28000 km/s"... Creo que te refieres a km/h, jajaja
Gracias, @Stephen. Lo arreglé. Ojalá pudiéramos ir tan rápido sin embargo. ¡Seguro que mejoraría el tiempo de viaje a Marte!
@Mark HI dijo que la misma fuerza dará una aceleración más pequeña, es decir, un cambio de velocidad más pequeño.
@hdhondt Un observador inercial fuera de la nave espacial observará que la nave espacial acelera más lentamente con la misma fuerza. Un observador en la nave espacial observará y sentirá una aceleración constante de una fuerza constante.

Estás describiendo una aceleración constante, y esto daría como resultado que los astronautas sintieran una fuerza constante en la dirección de viaje ejercida sobre ellos por la nave espacial.

Esta aceleración en particular es en realidad bastante pequeña, aproximadamente .005 gramo --y como resultado, es posible que apenas se note , y mucho menos que sea peligroso.

La velocidad general no importa, y los astronautas no tendrían forma de percibir directamente su velocidad, pero sí percibirían constantemente la aceleración. El efecto de la aceleración no se acumularía con el tiempo; es decir, si no fuera dañino en un momento dado, no lo sería más tarde. Esto está descuidando los efectos biológicos a largo plazo como la redistribución de la sangre, etc.

Aquí hay un gráfico útil de la NASA de los efectos de la aceleración en el cuerpo humano teniendo en cuenta la duración: history.nasa.gov/conghand/fig15d5.gif Tenga en cuenta que la duración es importante a corto plazo: dicen que puede sobrevivir 20 g por un minuto (acostado ) pero no más de unos pocos minutos. Y un informe técnico que entra en gran detalle sobre los efectos fisiológicos: ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/…

La situación es muy interesante. Las respuestas dadas son buenas respuestas, pero me gustaría ver qué sucedería si la fuerza (aceleración) siguiera actuando, 'empujando' la nave espacial durante un tiempo 'infinito'.

La aceleración de la nave espacial 'hacia adelante' sería equivalente a un campo gravitatorio que actúa hacia atrás. Esto es de acuerdo con el principio de equivalencia y la ley de la inercia. Si la aceleración hubiera sido gramo = 9.8 metro s − 2 los astronautas se sentirían como si estuvieran en su habitación, en su casa, aquí en la tierra.

Mientras se mantenga la aceleración, los astronautas tendrían esta experiencia, y la velocidad de la nave espacial aumentaría constantemente. Pero no creo que esto quede sin consecuencias. Digo esto porque la masa de la nave espacial estaría aumentando, aumentando su inercia. Suponiendo que el poder (fuerza) permaneciera fijo, entonces la nave espacial tendería a la velocidad de la luz, pero nunca la alcanzaría. Esto se debe a que su aceleración estaría disminuyendo hasta un punto en el que se volvería cero, lo que sucedería cuando la velocidad de la nave espacial alcance la velocidad de la luz. Se parece a la situación de la velocidad terminal de un objeto que cae por el aire, pero la física es diferente. Podrían producirse otros efectos más interesantes.

Es posible que un observador acelere uniformemente desde su propia perspectiva durante un período de tiempo indefinido en la relatividad especial (el movimiento traza una hipérbola en el espacio-tiempo asintótica al cono de luz). La persona que experimenta la aceleración no nota que nada cambia a medida que pasa el tiempo. Todos los efectos relativistas de desaceleración y dilatación del tiempo, etc. que mencionas, se ven en un marco de referencia inercial que mira a la nave que acelera.
@Michael Brown Eso es correcto, Michael, el movimiento tiene sentido en relación con un marco de referencia. No he hecho referencia detallada a cómo se sentirían los astronautas. Otros encuestados lo han hecho, y es bueno que lo mencione también.
Si una nave espacial acelerara constantemente, ¿sus astronautas sentirían constantemente el movimiento hacia adelante?
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