Divulgación Creando "gravedad" en una nave espacial.

[Joey]

El otro día estuve hablando con un amigo sobre cual sería el mejor método de crear la sensación de gravedad similar a la terrestre en una nave espacial.

Uno de los que me parece curioso es el que usan en las novelas de Hyperión, que usan una especia de campo estático que recubre todo el cuerpo y te mantiene pegado, pero no se si tiene algún fundamente físico.

A mi la única manera posible que se me ocurre es crear un movimiento de rotación en la nave, de modo que la aceleración normal tenga un valor de la gravedad.

¿Que opináis vosotros? ¿Alguna otra idea?

[GNzcuber]

Re: Creando "gravedad" en una nave espacial.

Hola Joey,

La que mejor se me ocurre para simular bien la gravedad de la Tierra sería un MRUA. Lógicamente que esto es inviable y además no se podría realizar en una estación espacial por ejemplo. Lo de la rotación no es mala idea, pero a menos que podamos construir una estación espacial con un radio aproximado al de la Tierra la sensación de la gravedad será diferente. Piensa en las atracciones de feria que giran con una gran velocidad angular para mantenerte "pegado" contra las paredes de la máquina. Para que parezca que estamos estáticos debería tener un gran radio.

Por otra parte se me ocurre crear un campo magnético no muy intenso y que toda la ropa y utensillos sean metálicos, lógicamente que tampoco será la sensación de la gravedad Terrestre porque en algún momento sentirás posiblemente tus órganos flotar, como en una caída, y si se te cae agua quedará flotando.

Recuerdo que en la película de Armagedon, cuando iban al asteroide activaban algo que los mantenía pegados simulando la gravedad. Pero no recuerdo qué era.

¡Saludos!

[Joey]

Re: Creando "gravedad" en una nave espacial.

Pero en las atracciones de la tierra la fuerza de rotación tiene que vences a la gravedad. Eso no pasaría en el espacio.

Veamos a aceleración normal viene dada por

$a_n = {\omega }^{ 2} R$

Queremos que $a_n \approx 9,8 m{s}^{-2 }$

Incluso con un radio de 1 metro, la velocidad angular $\omega = \sqrt{9,8} {s}^{-1 } <br />$

seria una velocidad lineal de $\sqrt{9,8} m{s}^{-1 }$ unos $11 km{h}^{-1 }$
para simular gravedad. No parece una velocidad muy grande...

[pod]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

Pero en las atracciones de la tierra la fuerza de rotación tiene que vences a la gravedad. Eso no pasaría en el espacio.

Veamos a aceleración normal viene dada por

$a_n = {\omega }^{ 2} R$

Queremos que $a_n \approx 9,8 m{s}^{-2 }$

Incluso con un radio de 1 metro, la velocidad angular $\omega = \sqrt{9,8} {s}^{-1 } <br />$

seria una velocidad lineal de $\sqrt{9,8} m{s}^{-1 }$ unos $11 km{h}^{-1 }$
para simular gravedad. No parece una velocidad muy grande...

Si quieres que se parezca a la de la Tierra, con obtener el valor de la aceleración no es suficiente. Porque aquí, además de el famoso 9.8N/kg, la gravedad es (aproximadamente) constante. Si tuvieras una nave de un metro de radio, la gravedad cambiaría de dirección en la escala de un metro, lo cual es muy diferente a ser constante.

En efecto, la rotación es la forma más prometedora de crear un ambiente parecido a la gravedad de forma artificial sin necesitar un aporte de energía constante (una aceleración lineal requeriría quemar combustible constantemente, claro). Pero para conseguir la homogeneidad, se debería buscar estructuras enormes, de gran radio.

Además, deberían ser cilíndricas. Si fueran esferas, cerca de los polos el radio de giro sería mucho menor, por lo que la gravedad aparente disminuiría.

Lo del campo estático, signifique lo que signifique, no parece tener ningún funcionamiento Físico. Lo único que puede crear un campo gravitatorio es una acumulación enorme de energía (y recordad que la masa es la forma más abundante de energía, en virtud de $E = m c^2$). Así que, a la práctica, sería equivalente a crear una Tierra artificial para tener gravedad. Y mover eso en una nave sería prohibitivo (la inercia también crece con la energía).

[Joey]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

No entiendo porque la gravedad en el artificio que invento cambia de dirección. Quiero decir, esta gravedad es resultado de la aceleración normal, y siempre va dirigida al centro del mecanismo que gira. ¿Porqué dices que cambia de dirección?

[pod]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

No entiendo porque la gravedad en el artificio que invento cambia de dirección. Quiero decir, esta gravedad es resultado de la aceleración normal, y siempre va dirigida al centro del mecanismo que gira. ¿Porqué dices que cambia de dirección?

Tu estas acostumbrado a que la gravedad en el punto donde estas y a un metro de distancia sea idéntica.

Si estas en una nave cilindrica de 1m de radio, efectivamente la aceleración apuntará hacia el centro. Pero esa dirección radial es muy diferente si comparas dos puntos separados un metro.

[Joey]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

Igual la "sensación" puede no ser igual.

¿Pero si eso tiro algo al suelo se caerá en linea recta?, (tomando como sistema de referencia inmovil el interior del la cabina), o ¿hará algún movimiento extraño?.

Del mismo modo tengo una duda.

Olvidemos lo del cilindro. Lo que tenemos es una cabina (de la forma que sea) en el espacio unida a un mecanismo que la hace girar con velocidad constante. ¿Podría mantenerme en pié sobre el "suelo" de la cabina debido a la aceleración normal? Obviamente la aceleración normal es perpendicular al suelo.

[pod]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

Igual la "sensación" puede no ser igual.

¿Pero si eso tiro algo al suelo se caerá en linea recta?, (tomando como sistema de referencia inmovil el interior del la cabina), o ¿hará algún movimiento extraño?.

Del mismo modo tengo una duda.

Olvidemos lo del cilindro. Lo que tenemos es una cabina (de la forma que sea) en el espacio unida a un mecanismo que la hace girar con velocidad constante. ¿Podría mantenerme en pié sobre el "suelo" de la cabina debido a la aceleración normal? Obviamente la aceleración normal es perpendicular al suelo.

En el espacio, sin fricción, no necesitas ningún sistema que la haga girar a velocidad constante. Una vez esté girando, por la ley de la inercia, seguirá haciéndolo a velocidad durante el resto de los días.

Por las cuestiones de homogeneidad que comentamos antes, la experiencia sería más parecida a la que tenemos en la Tierra cuanto mayor sea el radio de la estructura, en todos los aspectos. Un recinto del tamaño de una habitación no sería suficientemente grande (nuestra cabeza estaría en el más cerca del centro de rotación que los pies, por ejemplo(.

[Davinzi]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

Al estar la cabeza más cerca del centro, experimentará una gravedad menor ya que en el centro de giro la gravedad será cero mientras que al alejarnos del centro la gravedad aumenta. El radio debe ser lo suficiente como para que una persona no note prácticamente esa diferencia de gravedad entre la cabeza y los pies, además, si el radio no es suficiente, para conseguir una gravedad de 9,8 la velocidad de giro debe ser demasiado rápida. En algún sitio leí que en la película “2001 odisea en el espacio”, la nave mostrada tenía unas dimensiones bastante bien calculadas ya que la velocidad de giro y el enorme radio estaban medianamente bien calculados (supongo que será cierto).

[Afisionado]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

[...] En algún sitio leí que en la película “2001 odisea en el espacio”, la nave mostrada tenía unas dimensiones bastante bien calculadas ya que la velocidad de giro y el enorme radio estaban medianamente bien calculados (supongo que será cierto).

Tratándose de una novela de Arthur C. Clarke, no te quepa la menor duda de que estaban bien calculados.

[GNzcuber]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

Igual la "sensación" puede no ser igual.

¿Pero si eso tiro algo al suelo se caerá en linea recta?, (tomando como sistema de referencia inmovil el interior del la cabina), o ¿hará algún movimiento extraño?.
...

Yo diría que haría un movimiento extraño debido a la fuerza de Coriolis. Ya que al dejar caer un objeto, éste tiene una velocidad lineal determinado por el radio al que se encuentra, luego al descender un diferencial de longitud debería tener mayor velocidad lineal, para que la velocidad angular sea la misma y nos dé la sensación de "caer recto". Pero este objeto al dejarlo caer caerá con la velocidad lineal de donde se lo suela. Así que desde dentro de la nave veremos que hay una fuerza ficticia que hace que no caiga recto.

¡Saludos!

[Davinzi]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

No soy un experto, pero pienso que ese efecto se minimiza cuanto más radio tenga el cilindro de la nave, ya que las velocidades lineales serán más parecías entre el punto desde donde soltamos el objeto y su lugar de caída. Claro, si lanzamos un objeto desde el punto de rotación (suponiendo que la nave genera una gravedad de 9,8 en el borde) este sufriría una aceleración mayor que soltándolo desde la misma distancia en la tierra, ya que la gravedad en la tierra es virtualmente constante a pequeñas alturas y en nuestra nave aumentaría de 0 a 9,8 progresivamente. Si el objeto lo lanzamos al sector 0 (suponiendo 360 sectores), el efecto Coriolis lo trasladará a un sector más o menos alejado en función del radio de giro.

[pod]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

Yo diría que haría un movimiento extraño debido a la fuerza de Coriolis. Ya que al dejar caer un objeto, éste tiene una velocidad lineal determinado por el radio al que se encuentra, luego al descender un diferencial de longitud debería tener mayor velocidad lineal, para que la velocidad angular sea la misma y nos dé la sensación de "caer recto". Pero este objeto al dejarlo caer caerá con la velocidad lineal de donde se lo suela. Así que desde dentro de la nave veremos que hay una fuerza ficticia que hace que no caiga recto.

¡Saludos!

La aceleración de Coriolis es proporcional a la velocidad angular (y a la velocidad del cuerpo). Y la velocidad angular decrece con el radio de la nave. Por lo tanto, cuanto más grande, menor es el efecto Coriolis.

De todas formas, no os confundáis. Si vamos a cierta altura y soltamos algo, ese algo no "caerá" tal cual. El efecto de "pegarse" a la pared del cilindro ocurre cuando algo está forzado a girar solidariamente a dicha pared. Si soltamos algo que no esté "enganchado" a la superficie de la nave, se quedará donde está.

[Joey]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

De todas formas, no os confundáis. Si vamos a cierta altura y soltamos algo, ese algo no "caerá" tal cual. El efecto de "pegarse" a la pared del cilindro ocurre cuando algo está forzado a girar solidariamente a dicha pared. Si soltamos algo que no esté "enganchado" a la superficie de la nave, se quedará donde está.

Ahora que lo dices.
Más que eso, ¿no tendería a seguir un trayectoria recta y chocarse contra la pared superior? No se su me explico.

Tengo un baso en la mano, como está pegado a mi, gira igual que yo que estoy pegado al suelo. Pero si lo suelto, yo voy a seguir girando con el suelo, mientras que el baso va a comenzar un movimiento rectilineo tangente al cilindro, por lo que desde dentro lo que yo veo es que empieza a subir con dirección tangente al suelo. ¿no?

[Afisionado]

Re: Creando &quot;gravedad&quot; en una nave espacial.

De todas formas, no os confundáis. Si vamos a cierta altura y soltamos algo, ese algo no "caerá" tal cual. El efecto de "pegarse" a la pared del cilindro ocurre cuando algo está forzado a girar solidariamente a dicha pared. Si soltamos algo que no esté "enganchado" a la superficie de la nave, se quedará donde está.

Tengo verde aún el Principio de Equivalencia, y el "tensor del Richar" sigue en la fragoneta, pero apostaría unas cañas a que el objeto "cae" hacia la pared del cilindro "a plomo"