¿Cómo la fuerza centrípeta produce gravedad artificial?

Ese es un excelente experimento mental a considerar para un vehículo giratorio. Tiene razón en que si simplemente ingresa al espacio abierto dentro del cilindro giratorio, de alguna manera sin seguir la rotación usted mismo, no experimentará una fuerza que lo empuje hacia el exterior. Podrías simplemente quedarte allí y ver cómo gira el "piso" debajo de ti.

Sin embargo, es probable que no pueda simplemente colgar allí, suponiendo que haya aire en el espacio. Si estás vivo y respirando, entonces el aire también se moverá a tu lado (el efecto de límite con el piso y las paredes moverá el aire con ellos), lo que hará que te muevas en la misma dirección que el piso. Como imparte una fuerza en esa dirección, comenzarás a moverte en una trayectoria perpendicular al radio. Luego estará en una trayectoria para cruzar el piso, que se curva hacia arriba frente a usted. A medida que se acerque, el aire se moverá más rápido, acelerándolo aún más hasta el piso frente a usted. Parecerá caer hacia el suelo, además de alcanzarlo.

En lo que normalmente se ve en las representaciones de un vehículo de este tipo, usted no flotaría en el espacio y esperaría a que el aire en movimiento lo dirigiera al piso, sino que controlaría su descenso en una escalera. (Parece sensato, a diferencia de una caída incontrolada, por lenta que sea). Luego, está girando con el piso, con su velocidad angular aumentando a medida que desciende, aumentando el peso aparente sobre sus pies en la escalera a medida que desciende.

Para ampliar un poco el experimento mental de Mark Adler:

Si estuviera en contacto con el piso giratorio y comenzara a caminar o correr en la dirección de rotación, sentiría que su peso aumenta. Cuánto depende de la velocidad tangencial del suelo del hábitat y su radio. Si la velocidad es lo suficientemente baja, la velocidad adicional de su propio movimiento relativo podría aumentar notablemente su peso aparente.

Por el contrario, si caminara o corriera en la dirección opuesta a la del piso, cancelaría parte o quizás toda la aceleración centrípeta. Incluso podría encontrarse de nuevo en una condición de ingravidez. Al menos hasta que te deslices hacia algo que se mueve con el piso, o el aire surta efecto como en la respuesta de Mark.

Aunque el experimento mental de Mark Adler es bueno, creo que una respuesta mejor y más directa es esta:

Si por casualidad apareces allí cerca del cilindro, simplemente lo verás girar a tu alrededor mientras estás parado en un espacio abierto. No pasa nada. En el vacío (o algo parecido), dado que no hay fricción de aire (como en el experimento de Mark Adler), podrías permanecer allí parado para siempre (ignora por un momento las fuerzas de gravedad a tu alrededor).

Solo experimentarías la gravedad artificial si comenzaras a girar junto con el cilindro. Para hacer eso, necesitarías agarrarte al "piso" giratorio, experimentarías algunos golpes y aceleraciones, y al final serías "uno con el piso". Eso significa que en la dirección de la tangente te estarías moviendo uniformemente (equivalente a no moverte), mientras que solo experimentarías la fuerza centrífuga hacia afuera. Sería perfectamente equivalente a quedarse quieto en la Tierra.

Para completar la respuesta, la fuerza centrípeta produce gravedad porque te "empuja" hacia el centro del cilindro al igual que la Tierra te empuja hacia el cielo (si no, caes hacia el centro de la Tierra / hacia el exterior del cilindro). Pero para obtener esa fuerza centrípeta debes estar en contacto con el piso giratorio y permanecer inmóvil en relación con él.

Si adoptas el marco de referencia giratorio de la nave espacial, verás dos fuerzas ficticias. Una es la fuerza centrífuga: esta es su gravedad artificial. La otra fuerza es la fuerza de Coriolis. En el escenario que describes, la fuerza de Coriolis equilibra la fuerza centrífuga y te permite flotar sobre el suelo.

Pero es inusual que estas dos fuerzas se equilibren exactamente. Dentro de este marco de referencia, solo tienes la fuerza de Coriolis sosteniéndote porque estás pasando volando por el suelo a gran velocidad.