¿Tendrán los colonos en Marte una mayor movilidad física en relación con un entorno normal en la Tierra?

Veamos primero qué cálculos tenemos disponibles en Internet, quizás de lo que podrían considerarse fuentes relativamente confiables:

Universidad de Arizona - Phoenix Mars Mission - Mars 101 :
La gravedad en Marte es solo alrededor del 38% de la de la Tierra. Entonces, si pesas 100 libras en la Tierra, solo pesarías alrededor de 38 libras en Marte. Y si puedes saltar un metro (3,3 pies) de altura en la Tierra, podrías saltar 2,64 metros (casi 9 pies) de altura en Marte . La gravedad más baja en Marte podría resultar beneficiosa para los futuros astronautas, ya que les permitiría caminar fácilmente por la superficie vistiendo grandes trajes espaciales y cargando mochilas pesadas.

Pero pongamos a prueba esta afirmación. No porque no confiemos en sus cálculos, sino porque queremos comprender la física involucrada un poco mejor de lo que proporciona esa descripción. Podríamos suponer lo siguiente;

Si puedes saltar 1 m de altura en la gravedad de la Tierra (distancia entre los pies y el suelo cuando los pies están estirados en el aire), tu velocidad inicial (o momento lineal) tendría que ser de 4,43 m/s. Esta es la constante que no cambiaría sin importar en qué condiciones gravitacionales saltes, ya que es la capacidad de tu cuerpo para producir fuerza momentánea, en nuestro caso en la dirección vertical requerida para un salto, produciendo una fuerza de momento en la dirección opuesta. a la aceleración gravitacional.

Dicho de otra manera, tus piernas no pueden saltar más rápido solo porque la aceleración gravitacional que actúa sobre ellas es menor. No pueden, debido a que sus músculos y huesos solo son capaces de producir tanta fuerza en tanto tiempo. Por si acaso, si esto no fuera así, los astronautas en el IIS podrían mover sus extremidades a velocidades que incluso las cámaras de cámara lenta tendrían dificultades para registrar. Y tampoco es la presión atmosférica (arrastre, o resistencia del aire) lo que te frena mucho, al menos no en nuestro caso (y menos en Marte, con una densidad atmosférica igual a la que se encuentra a 35 km sobre la superficie terrestre) , de lo contrario, esos astronautas de la ISS estarían muy animados durante la actividad extravehicular (EVA).

Bien, espero haber demostrado lo suficientemente bien que podemos considerar estos 4,43 m/s como constantes. Así que tomemos este número y la aceleración gravitacional en Marte (0,38 de la Tierra) en nuestros propios cálculos, y obtengamos 2,633135 m para la altura de nuestro salto, y 2,3776 segundos "en el aire". Teniendo en cuenta un pequeño margen de error y redondeando los resultados finales, los cálculos en la página de la Universidad de Arizona son correctos.

Pero, ¿hasta dónde podrías saltar? La balística nos enseña que el mejor ángulo para lograr el mayor alcance es de 45°, si no tenemos que considerar la aerodinámica. Dado que no tenemos que considerar la aerodinámica en absoluto (nuestros cuerpos apenas están en condiciones de volar a velocidades tan bajas y la atmósfera de Marte es completamente despreciable en nuestro caso de todos modos), esto es realmente conveniente, porque podemos aplicar trigonometría simple a nuestros resultados anteriores. , donde la longitud de la hipotenusa en un triángulo real es esos 2.633135 m de antes, cuando saltamos hacia arriba. Y sabemos que la hipotenusa c ² = sqrt(a ² + b ² ) , donde aybLos catetos tienen la misma longitud en un triángulo rectángulo con la hipotenusa en un ángulo de 45°. Un poco de aritmética básica, y terminamos con la longitud calculada de nuestro rango de salto "balísticamente mejor" de 3,723815 m (más hasta donde pueda estirar las piernas y volver a levantarse al aterrizar sin caerse de espaldas, lo que básicamente hacen los atletas con sus saltos de longitud). Por supuesto, esto es un salto desde una posición estacionaria, o un salto, y no con una carrera antes del salto, ganando impulso horizontal.

Sin embargo, está más allá de mi conocimiento de dónde obtiene el autor citado esos números. Las matemáticas no son tan buenas de todos modos; Si aplicamos nuestra lógica de salto de antes ( l = 2(sqrt(c ² /2)) ) a esos "30 pies de altura" , y no asumimos que los humanos que viven en Marte en el tiempo crecen alas, obtenemos una distancia de 42.43 pies (más un poco más estirando las piernas hacia adelante y empujándose hacia atrás en la posición vertical al aterrizar). Si el autor no quiso decir "saltos" sino "saltos largos" reales con una carrera antes del salto, entonces se convierte en un problema de técnica de salto, que me temo que no puedo calcular para las condiciones en Marte, pero supongo el principal problema para ganar mucha velocidad que en la Tierra antes del salto en Marte sería uno de tracción debido a la menor gravedad,Dudo mucho que los saltos de más de 30 pies de largo sean posibles para una persona promedio (la que supusimos un salto alto de pies a 1 m del suelo cuando se estira en nuestros cálculos anteriores), y tal vez aproximadamente el doble (~ 60 ft) para un atleta de élite .

A modo de comparación, el actual poseedor del récord mundial de salto de longitud Mike Powell (EE. UU.) logró 8,95 m (29 pies 4¼ pulgadas) en Tokio, allá por 1991. Si multiplicamos este valor por 1/0.38(o 2,6316 para aproximar las condiciones en Marte en base al 38% de la Tierra gravedad), obtenemos 23,55 m (o 77 ft 3 ¹⁷ ⁄ ₆₄ in), lo que suena bastante bien, si le quitamos un porcentaje no despreciable debido a la pérdida de tracción. Es decir, volvemos a aproximadamente 60 pies (sumemos 20 metros) para un atleta de élite.

Por otra parte, ese trabajo que estás citando es ficción, y lo estoy exagerando otra vez... ;)

La suposición de velocidad inicial en la respuesta de TidalWave es incorrecta.

El valor de velocidad inicial máxima se calcula a partir de la fuerza de aceleración (trabajo muscular) menos la fuerza de desaceleración (gravedad) durante el tiempo de aceleración (tiempo antes de dejar el suelo). Si la fuerza de desaceleración (gravedad) es menor, la fuerza vectorial es mayor, el tiempo antes de dejar el suelo más corto y la velocidad inicial más alta.

Entonces no es una constante. A menor gravedad, la velocidad inicial es mayor. Lo mismo ocurre al revés, en una gravedad más alta, la velocidad inicial sería menor hasta el punto en que es tan baja que no puedes dejar el suelo en absoluto.

Para que esto sea más obvio, intente dar una patada recta hacia adelante mientras está sentado. La aceleración de su pierna en tal movimiento es significativamente más rápida que cuando salta del suelo, ya que ninguna fuerza gravitatoria que tira del peso de su cuerpo le impide maximizar la velocidad a la que extiende su pierna.

Por supuesto, existe una limitación mecánica sobre la rapidez con la que puede contraer los músculos, pero los boxeadores, por ejemplo, han alcanzado velocidades de las manos en extensión completa de más de 10 m/s, por lo que los músculos humanos pueden contraerse a velocidades en las extremidades para alcanzar velocidades máximas muy por encima de los 4,43 m/s. s. La verdad sería una velocidad inicial en algún lugar por debajo de 10 m/s pero por encima de 4,43.

Si construye una máquina horizontal donde puede empujar una pared y medir la velocidad inicial, puede comparar esto con su velocidad inicial de salto y obtener algún tipo de estimación.