¿Qué sensaciones sentiría en un Ascensor Espacial?

Intentaré responder sin usar matemáticas, porque no sé cómo ingresar la notación matemática en estas respuestas.

Así que vamos a desglosarlo. La primera fuerza a considerar es la gravedad, y para esto, supongamos que está estacionario a cualquier altitud. Al nivel del mar, experimentas un g de gravedad, por supuesto (usaré "fuerza" cuando el término más correcto sería "aceleración", pero con una masa constante, los dos son lo suficientemente equivalentes), y esa fuerza disminuye a medida que cuadrado inverso de la distancia al centro de la Tierra. Entonces, en un radio de la Tierra (es decir, la superficie), sientes 1 g, en 2 radios o 4000 millas arriba, sientes 1/4 g, y en 3 radios u 8000 millas arriba, sientes 1/9 g, etc.

Pero eso es solo gravedad. También existe la fuerza centrípeta, ya que no estás flotando inmóvil mientras la Tierra gira debajo de ti, sino que estás siendo arrojado como una roca en una cuerda. Esa fuerza aumenta linealmente con su distancia desde el centro de la Tierra, por lo que a 4000 millas de altitud, su fuerza centrípeta se ha duplicado y a 8000 millas se ha triplicado, etc. También está en la dirección opuesta a la fuerza gravitatoria.

A medida que te elevas desde la superficie, la fuerza gravitacional comienza siendo mucho más fuerte que la fuerza centrípeta (de lo contrario, las personas en el suelo serían arrojadas al espacio), pero disminuye rápidamente, mientras que la fuerza centrípeta aumenta constantemente. El lugar donde los dos están exactamente equilibrados es la altitud geoestacionaria. Para la Tierra, pasa a ser unas 22,200 millas. Más allá de eso, la fuerza centrípeta que tira hacia afuera supera a la fuerza de la gravedad que tira hacia adentro.

Entonces, si se estuviera moviendo a una velocidad constante en el ascensor, sentiría que se vuelve más liviano con bastante rapidez. A 22,200 millas de altura, se sentiría ingrávido, y luego, más allá de eso, sentiría un tirón "hacia arriba", hacia el techo. Colocarías tus pies en lo que solía ser el techo, y podrías mirar "hacia arriba" y ver la Tierra. Ese tirón aumentaría hasta llegar al final de la cuerda, y podría ser menos de 1 g que sientes en la superficie, o mucho más.

Pero todavía hay otra fuerza que actúa sobre ti, y esa es la aceleración lineal simple, al aumentar la velocidad. El viaje hacia arriba y hacia abajo en el elevador tendría que ser bastante rápido, tal vez unas cuantas veces la velocidad del sonido, para que el viaje no tome semanas o meses. El problema es que si aceleras directamente desde el suelo, la gravedad de la Tierra agregará su fuerza a esa fuerza de aceleración. (Los pilotos de combate saben que sus aviones y sus cuerpos pueden soportar más aceleración hacia abajo que hacia arriba). Si yo fuera un diseñador inteligente, construiría largos túneles de aceleración a lo largo del suelo que se curvan gradualmente hacia arriba para encontrarse con el baúl del ascensor, de modo que algunos o la mayor parte de la aceleración podría tener lugar sin añadir gravedad. Eso quitaría un poco de tensión a los cuerpos de los pasajeros. (Y ahora que lo pienso,

Y frenar en el otro extremo también aumentaría la fuerza centrípeta hacia afuera (que aumenta a medida que avanza, recuerde). Un diseñador inteligente pediría un frenado temprano para ahorrarles a los pasajeros algunas fuerzas g. De hecho, me imagino que pocas personas realmente viajarían hasta el otro extremo, porque el frenado tomaría mucho tiempo y requeriría mucha energía (sin mencionar el viaje de regreso). La mayor parte del tráfico al otro extremo serían naves espaciales de salida, y para ellos no habría frenado en absoluto. La nave sería lanzada como la piedra de David que mató a Goliat. Los pasajeros de esa nave sentirían alguna fuerza lateral a medida que aumenta su velocidad lateral (es decir, perpendicular a la velocidad radial). Pero eso depende de la rigidez y el diseño del baúl del ascensor. (Imagínese lanzar una bola de plomo con un tubo. Un tubo rígido funciona bastante bien. Un tubo flexible no.

Mucho depende de las elecciones de diseño realizadas en el ascensor. Si se permitiera que la carga útil acelerara completamente desde 22,200 millas, eso maximizaría la velocidad de salida (por así decirlo), pero impondría algunas exigencias a la resistencia a la flexión del elevador. Por otro lado, si la carga útil se detuviera en seco en el otro extremo y luego se soltara, eso no ejercería una fuerza de flexión en la punta del elevador, pero desperdiciaría algo de velocidad. Un compromiso sería un ascensor con una punta doblada, para reducir la tensión de flexión en la punta, mientras se le da suficiente empuje a la nave espacial que sale. (Ver "Árboles integrales" de Larry Niven para una configuración análoga.)

Así que puedo imaginar esto. Un pasajero se sube a un vagón de tren quizás a 50 millas del ascensor real. Acelera enérgicamente, quizás a 2 g. La pista se curva gradualmente hacia arriba para encontrarse con el tronco principal. La aceleración disminuye o se detiene para mantener las 2 g en los pasajeros. Luego, a medida que el automóvil se eleva y la gravedad se debilita, comienza a acelerar de nuevo, manteniendo los 2 g netos. (¿Cuánto tiempo podrían tolerar los pasajeros 2 g? ¿Horas? ¿Días? Ese podría ser un factor limitante). En cierto punto, comienza el frenado, y en otro punto, posiblemente diferente, hay una caída libre y luego volcamiento de techo y piso. Hay más horas de 2 g, esta vez de desaceleración más fuerza centrípeta (menos el debilitamiento de la gravedad). El automóvil se detiene en algún lugar por encima de 22,200, donde hay suficiente fuerza centrípeta para hacer cosas como caminar y comer algo normal, sin necesidad de entrenamiento. Luego se detienen y observan la nave espacial real gritar a su lado en su camino a los otros planetas. :-)