Estación espacial circular: ¿cuál es la velocidad de rotación para lograr una gravedad similar a la de la Tierra?

Imagina que hay una estación espacial con forma de cilindro. El cilindro gira sobre su eje para crear gravedad artificial a través de la fuerza centrípeta.

Mi pregunta: ¿Qué tan rápido debería girar la estación espacial para que la gravedad sea la misma que en la Tierra?

Me doy cuenta de que probablemente no pueda obtener una velocidad exacta sin detalles sobre el tamaño y la masa, por lo que busco más un rango (si es posible obtener una velocidad exacta sin conocer los detalles [como a través de una fórmula o algo] que sería genial también). La estación espacial sería grande. Estoy pensando que estaría hecho de 'ruedas', y luego cada rueda se une a su eje para formar el cilindro. Cada rueda sería del tamaño de una pequeña ciudad. La estación espacial también tendría una población extremadamente grande (piense en la evacuación de la Tierra), por lo que su masa probablemente sería gigantesca. La estación espacial está a la deriva, no está orbitando nada.

Me doy cuenta de que no es mucho para seguir. Desafortunadamente, esos son todos los detalles que tengo en este momento.

Esto realmente pertenece al intercambio de pila de física o exploración espacial.
@iAdjunct, la pregunta es demasiado antigua para migrar. Sugiero que el OP cree una nueva pregunta allí.
En el momento de publicar este OP, no sabía que existía Space Exploration SE. Así que lo siento por eso. Pero dado que esta pregunta ya tiene una respuesta, realmente no veo ninguna razón para publicarla nuevamente en otro SE. ¿A menos que haya algo que esté pasando por alto?
@TommyMyron si está satisfecho con las respuestas que obtuvo aquí, no es necesario que haga nada. Después de todo, la pregunta no corre peligro de desaparecer.
@MonicaCellio La respuesta es todo lo que necesitaría, así que estoy de acuerdo con dejarlo si es así.
Nominar para reabrir porque es similar a una variedad de preguntas aceptadas, bien respondidas y bien votadas en este sitio. Saber cómo hacer que una estación espacial funcione puede ser una parte integral de la construcción del mundo.
Realmente debería poder encontrar la respuesta, por ejemplo, en cualquier texto de Physics 101.

Respuestas (4)

Eche un vistazo a http://www.artificial-gravity.com/sw/SpinCalc/SpinCalc.htm

Esta calculadora no solo le brinda los valores en función de lo que sabe sobre su diseño, sino que también le brinda buenos indicadores gráficos de cuán cómodo será (por ejemplo, le dirá si sus pies sentirán mucha más gravedad que su cabeza). ).

Gracias por el enlace! Sin embargo, parece que mide la gravedad de la superficie, es decir, la gravedad en la superficie de la estación. La gente viviría dentro de la estación, justo debajo de la superficie durante al menos unos 100-200 metros más o menos. ¿Diferiría la gravedad dependiendo de qué tan lejos estuvieras dentro de la estación, es decir, qué tan cerca del centro?
Sería; cuanto más te acerques, menos gravedad sentirás. Sin embargo, la tasa de rotación se mantendría igual, por lo que puede usar esta calculadora para medir el efecto manteniendo la tasa igual y disminuyendo el radio.
Si estuviera más adentro, ¿tendría que cambiar también la velocidad de la llanta?
La velocidad de la llanta cambiaría. Solo dos de las cuatro variables pueden ser independientes (es decir, controladas por usted) a la vez, y en este caso serían la velocidad angular y el radio.
@TommyMyron Echa un vistazo a 'El gato que atravesó las paredes' de Robert Heinlein para ver una gran prosa en estaciones con diferente gravedad en diferentes niveles. Tenga en cuenta que parte de esto se puede resolver girando cada nivel a diferentes velocidades, aunque viajar entre niveles se vuelve difícil.

La velocidad de giro se basa completamente en el diámetro del cilindro. Cuanto mayor sea el diámetro, más lento debe ir. Si el diámetro es 2 pequeño, la velocidad necesaria para hacer que la gravedad afecte a los humanos, como montar en una atracción de feria. Así que más grande es mejor. Creo que he leído que 1 milla es un diámetro inicial bastante bueno.

Debido a esto, si desea múltiples niveles, tendrá una gravedad diferente a diferentes distancias. Esto significa que tienes opciones.

  1. Tiene anillos separados que giran a diferentes velocidades, aunque esto puede causar problemas al moverse entre capas.

  2. Haces el barco como una lata sin los extremos, solo tendrías los mecánicos allí y tal vez algún tipo de sistema de accionamiento, el extremo abierto podría incluso actuar como una cuchara que recolecta materia a medida que viaja, para suministros o combustible.

  3. Muy parecido al n. ° 2, excepto que es mucho más grande. Si comienza con un diámetro de 2,5 millas y apunta a tener 1 g en 2,3-2,4, puede obtener un grosor de gravedad de casi media milla que es relativamente cómodo para las personas, y todo será una pieza sólida. Ahora extiende eso por 10-15 millas y tiene MUCHO espacio.

Sin embargo, si está planeando que millones de personas vivan y dependan completamente de este barco, entonces podría pensar más en un radio mucho más grande, un diámetro de 10 millas, podría tener un 'borde' de casi 2 millas de espesor para habitar en una gravedad razonable.

(Estaba usando la respuesta de Adams del enlace para obtener mis estimaciones).

Sin embargo, asegúrese de que la sección transversal lateral sea aproximadamente cuadrada; de lo contrario, las personas que caminan alrededor harían que comenzara a dar vueltas sin control. Además, tener niveles con una gravedad significativamente diferente no sería necesariamente algo malo. Yo, por mi parte, estaría totalmente de acuerdo con poner, digamos, un área de batalla al estilo de Ender's Game en el centro.
Hay un límite superior definido en el radio del anillo. El impulso hacia afuera de los materiales del anillo, más el de los objetos que descansan sobre el anillo, crea una tensión en el anillo y, si es demasiado grande, fallará. La tensión aumenta a medida que aumenta el radio o la velocidad de rotación. Verifique las matemáticas, pero un anillo que tiene más de un par de cientos de metros de diámetro requerirá materiales estructurales mejorados mágicamente.
@EvilSnack: tu comentario no tiene sentido. Al aumentar el radio, disminuye proporcionalmente la velocidad de rotación requerida. La tensión seguirá siendo la misma.

Esta es más una pregunta de física, pero basada en:

http://www.regentsprep.org/regents/physics/phys06/bartgrav/default.htm

Querrás una velocidad igual a la raíz cuadrada de 9.81*r, donde r es el radio de tu estación en metros.

También querrá que la estación sea lo suficientemente grande como para que la gravedad efectiva no cambie mucho en su cuerpo, lo que podría causar vértigo.
@Oldcat: Por supuesto, si las personas tuvieran que vivir en un entorno con un gradiente de gravedad significativo a lo largo del cuerpo, se adaptarían con bastante rapidez (y luego comenzarían a sentirse raros si se mudaran a algún lugar sin ese tipo de gradiente de gravedad).

Para una tasa de rotación dada, la pseudogravedad que sientes es directamente proporcional a tu distancia desde el eje. Por lo tanto, si tiene un ge a 1000 m (girando una vez en 63,4 segundos), entonces a 900 m tiene 0,9 ge.

La fórmula de la aceleración centrípeta es 4 π 2 R T 2 , dónde R es radio y T es periodo.

Para un ge a una rpm, R es 894m; una vuelta por hora, 3,22 megametros (Marte no encajaría del todo en este anillo); un turno por día (el tipo de mundos anulares descritos por Iain Banks), 6,15 segundos luz.

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