Usando un fidget spinner para girar en el espacio exterior

Hay una pregunta ¿Cómo giran los astronautas en el espacio? , y preguntas relacionadas aquí y en physics.stackexchange, que detallan cómo los astronautas podrían maniobrar girando la parte superior e inferior del cuerpo por separado. ¿No sería más fácil hacer girar un fidget spinner y, para preservar el momento angular, girar el cuerpo en la dirección opuesta?

Hay un video en alguna parte de un miembro de la tripulación de la ISS haciendo giros secuenciales de 90 grados mientras flota libremente, por lo que parece que han resuelto un enfoque que funciona. Sin encontrar la fuente todavía.
¿El astronauta quiere tomar diez minutos para rotar una vez?
@notovny No si está usando un fidget spinner muy grande....
o podría girarlo muy rápido ..

Respuestas (2)

Así es exactamente como funciona y cómo se controla la orientación de muchos satélites. Por ejemplo, el telescopio Hubble tiene instalados 4 fidget spinners, que apuntan en diferentes direcciones, aunque comúnmente se les conoce como "ruedas de reacción".

Desafortunadamente, un fidget spinner típico es demasiado liviano para ser realmente útil: tenemos que comparar el momento de inercia del spinner y el de un ser humano. Para el fidget spinner encontré valores alrededor 3 ⋅ 10 − 5 k gramo metro 2 y un humano en una pose estirada alrededor 3 k gramo metro 2 . Es decir, un fidget spinner gira unas 100.000 veces más rápido que un ser humano. Si podemos hacer que la rueda giratoria alcance las 10.000 rpm (que es bastante alta), el astronauta girará una vez cada diez minutos.

Los spinners pueden alcanzar unas 100.000 rpm antes de autodestruirse, pero eso requiere equipo adicional.
Me tuviste en "fidget spinners más grandes del espacio"
+1Me imagino uno con una manivela para girarlo y una patente para acompañarlo.
@CamilleGoudeseune: ¿Sin embargo, ese rp máximo se mide en (y depende de) condiciones de gravedad? Solo tenía curiosidad por saber si 0G mejoraría sus rpm máximas.
@Flater Un cuerpo giratorio requiere fuerzas de tensión centrípeta para evitar que se separe. O, en términos de la fuerza centrífuga "ficticia", el giro provoca una fuerza que separa el objeto. Estas fuerzas existen independientemente de la gravedad, y una vez que exceden la resistencia a la tracción del objeto, el objeto se romperá.
Punto de acumulación. En tales fuerzas intra-inquietas, la gravedad terrestre es mero ruido. La microgravedad de la ISS es ruido dentro del ruido.
@Acumulación: mi punto era más que, independientemente de la orientación específica, en condiciones de gravedad, una parte de la rueda giratoria está bajo mayor tensión (es decir, la parte que sostiene la parte giratoria), y no estaba claro si las ruedas giratorias se rompen debido a centrípeto/fugal fuerzas o la fricción debido a ese aumento de la tensión debido a la gravedad. Si es lo primero, 0G no importa; pero si es lo segundo, probablemente lo haga.
@Flater Para obtener una estimación de Fermi de la contribución de la gravedad, considere tomar un balde, sostenerlo con un cable que pase por uno de los agujeros de un fidget spinner y luego llenar el balde con hilanderos. ¿Cuántas ruletas crees que tendrías que poner en el balde antes de que se rompa la ruleta que sostiene el balde? El recíproco de eso es aproximadamente qué parte de la tensión se debe a la gravedad, en lugar de a la fuerza centrípeta.
La aceleración centrípeta es (velocidad angular)^2*radio. 10 , 000  rpm es 2 π × 10 k  radical min (una revolución es 2 π rad) o sobre 60 k  radical min o 1 k  radical segundo . Cuadra eso, y obtienes 1 METRO r a d 2 s mi C 2 . Si nuestro radio es 0.01  metro , entonces a= 10 k metro s 2 (los radianes son unidades adimensionales, por lo que podemos eliminarlos para obtener a), que es aproximadamente 1000 veces la aceleración gravitacional en la superficie de la Tierra (1000 g). Para 100k rpm, son 100,000g.

Es posible usar ruedas de reacción para alterar arbitrariamente la actitud de uno, pero una limitación importante con las ruedas de reacción es que si un objeto tiene un momento de rotación y uno quiere que mantenga una actitud constante, la rueda de reacción tendrá que girar para siempre a menos o hasta que uno dé mantener una actitud constante o se puede transferir el momento de rotación a través de algún medio (por ejemplo, mediante el uso de cohetes). Si hay alguna fricción entre la rueda de reacción y la nave espacial, entonces, como dicha fricción reduce la velocidad de la rueda de reacción, transferirá el momento de rotación de la rueda de reacción al resto de la nave espacial.

No, no necesita girar para siempre (a menos que haya un impulso adicional de todo el sistema que debe mantener).
Si el sistema ha adquirido un momento de rotación no deseado, el sistema combinado (rueda de reacción más el resto de la nave espacial) necesitará tener ese momento de rotación a menos que pueda transferirse a algo fuera del sistema (por ejemplo, el escape de un cohete). Siempre que el sistema tenga un momento de rotación distinto de cero, al menos algunas partes del sistema deberán estar girando.
Me pregunto si hay formas de evitar la rueca para siempre (incluso si no es práctico). Por ejemplo, haga girar la rueda, no disminuya la velocidad (para que siga girando), desconecte la rueda de usted, luego haga que la rueda se detenga, por ejemplo, usando monopropulsor (que coincida con su rotación), luego vuelva a conectarla. Muy poco práctico, pero teóricamente posible, ¿no? (simplemente no infinitamente reutilizable, dado el suministro finito de monoprop)
@No hay forma de alterar el momento angular total sin algún objeto externo. Si tienes cohetes que pueden alterar el momento angular de la rueda, puedes usarlos para alterar directamente el momento angular de toda la nave.
@supercat es un buen punto. Si uno comienza con una rotación no deseada y un fidget spinner espacial en el bolsillo, piense que la solución es cronometrar el giro justo para que la rotación de uno se anule y uno esté frente al miembro de la tripulación, grite "¡piense rápido!" y tíralo a ellos :-)
@uhoh, si estás en una estación espacial, puedes agarrar una de las manijas. Tu estación tiene un fidget spinner más grande que tú.
@Flater bien, tener la rueda reduciendo el momento de rotación por sí mismo usando propulsores es similar a reducir su velocidad con respecto a la nave espacial y usar los propulsores de control de actitud en la nave espacial para contrarrestar. La diferencia es realmente que implementar todo en la rueda de reacción, incluido algún mecanismo para desconectar y especialmente volver a conectar , es mucho más difícil; es por eso que no se hace. Las naves espaciales normales hacen eso de vez en cuando para desaturar las ruedas de reacción.
@Flater pensándolo bien: podría tener "ruedas de reacción unidireccionales", como una revista de ruedas de repuesto, y cuando la que está en uso se vuelve demasiado rápida, simplemente expulsa el disco giratorio rápido al espacio. Dicho esto, que yo sepa, las naves espaciales (al menos los satélites modernos) están diseñadas para no perder nada en el espacio, en un esfuerzo por minimizar los desechos (peligro)
@CarlBerger, esa es una idea fascinante, momento angular eyectable o desprendimiento de L.
@CarlBerger: Oh, soy muy consciente de que no es eficiente ni reutilizable, solo me preguntaba sobre la posibilidad teórica. Y sí, sus ruedas de reacción unidireccionales esencialmente realizan la mitad de los movimientos que enumeré y luego no se molestan en volver a conectarse, incluso menos reutilizables;)
Usando un fidget spinner para girar en el espacio exterior
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v