Domanda:
Quali dovrebbero essere le dimensioni e la rotazione di una stazione per produrre 1 g di gravità dalla testa ai piedi?
Jack B Nimble
2013-07-17 21:33:28 UTC
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Una struttura con un raggio di 224 m che ruota a 2 rotazioni al minuto genererà 1 g di forza all'interno ( spincalc). Genererà quella forza sui piedi, ma man mano che risalite il corpo la quantità di forza applicata si riduce.

Secondo Wikipedia (citazione necessaria) un raggio più ampio e una rotazione più lenta dovrebbero rendere l'effetto più coerente per un essere umano in piedi.

Giocare con lo spincalc mi dice che con un raggio di 1000 metri e una rotazione di 0,95 rotazioni al minuto è anche a 1g, ma non ho idea di come ciò influenzerà il riduzione dell'inerzia percepita mentre ci si allontana dal bordo esterno.

Quale raggio e quale rotazione sarebbero necessari per produrre 1 g in modo coerente dal pavimento a un'altezza di circa 6 piedi (2 m) con una tolleranza di pochi punti percentuali (forse il 5%)?

Definisci il tuo margine di precisione, non puoi mai avere esattamente 1 g di forza centrifuga per due punti separati come descritto.
Per prima cosa dovresti specificare la tua tolleranza (quale variazione è percepibile / disorientante per il corpo umano?). Altrimenti questo sarebbe impossibile. La forza varierà sempre proporzionalmente alla distanza dal centro di rotazione.
Ho aggiunto una tolleranza del 5%
Suggerire di sostituire la tolleranza artificiale del 5% con una misura più qualitativa come abbastanza piccola da essere generalmente impercettibile, dove la risposta ideale definirebbe quindi quale sia quel valore e lo sostenga con una fonte.
Una citazione da un articolo in qualche modo correlato: "In diversi punti della Terra, gli oggetti cadono con un'accelerazione compresa tra 9,78 e 9,83 m / s2 a seconda dell'altitudine e della latitudine" http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_acceleration
Una risposta:
#1
+35
AlanSE
2013-07-17 22:09:02 UTC
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Quale raggio e quale rotazione sarebbero necessari per produrre 1 g in modo coerente dal pavimento fino a un'altezza di circa 6 piedi (2 m)?

Infinito. Tecnicamente ci sarà sempre un gradiente verticale di gravità artificiale. Realisticamente, alle persone non importa. Anche con un raggio di 224 m la differenza non è molto. L'accelerazione per qualsiasi cosa collegata alla struttura sarà:

a = ω²r

Questo rende il problema semplice perché la velocità di rotazione (omega) è costante, quindi la differenza tra la tua testa e piedi è r1 / r2. Per una persona che si trova in una struttura con un raggio di 224 m, è 2/224 = 0,9%.

Per riferimento, le forze di marea sulla Terra causano una differenza di gravità dello 0,00006% dalla testa ai piedi. La Terra ha un campo gravitazionale eccezionalmente costante. Se lo desideri, puoi calcolare il raggio necessario per produrre questo grado di coerenza. È circa la metà del raggio della Terra.

Una differenza percentuale nell'accelerazione dalla testa ai piedi non dovrebbe infastidire troppo qualcuno. Le principali preoccupazioni del disagio nella gravità artificiale sono le forze dinamiche di Coriolis (false). Questi non sono statici come l'effetto che hai menzionato. I termini dipendono dalla velocità, non dalla posizione, quindi qualcuno che sta fermo non li sentirà (escludendo qualsiasi fluido in movimento nel proprio corpo). Per il movimento normale, questi sono molto più significativi.

Qui ci sono alcune immagini della caduta di un oggetto in gravità artificiale. Per il caso a 2 giri / min, c'è una significativa flessione evidente. Ma ancora una volta, a causa di forze che si verificano solo quando qualcosa si muove rispetto al suolo. Quindi potresti avere una differenza di gravità dell'1% a causa della posizione radiale, ma uno spostamento di diversi centimetri dalla caduta di qualcosa. Quest'ultimo sarà più evidente.

Non che abbia importanza, ma si potrebbe discutere sull'argomento dell'infinito, perché sulla superficie terrestre c'è anche un gradiente di gravità verticale.
Ma penso che la corretta interpretazione del tecnicismo sia che la terra non produce 1 g in modo coerente dalla testa ai piedi. Devi separare questo in due domande diverse e capire a quale vuoi rispondere: è, come si ottiene _esattamente la stessa gravità_ in tutti i punti (raggio infinitamente grande per la rotazione, o gravità di spinta), o è, come ottieni la gravità così vicina che il cervello umano non può dire la differenza e pensa che sia coerente (come, empiricamente, fa quando siamo sulla superficie del pianeta)?


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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