¿Cuáles son algunos métodos, incluidas las ecuaciones matemáticas, de generar gravedad artificial?

¿Desea generar gravedad artificial “real”, en este momento, y también quiere las matemáticas?

De acuerdo, aquí va.

La matemática más fácil se aplica a la solución menos práctica (al menos por ahora): aceleración lineal. Esa matemática es simple: enciende tus motores de cohetes (o motores de iones eléctricos, o lo que sea que esté impulsando tu nave espacial) y ajusta tu aceleración a la “gravedad” que quieras emular.

La gravedad normal de la Tierra es igual a una aceleración constante de 9.81 metros por segundo por segundo (9.81m / s2). La mitad sería 4.9m / s2, y así sucesivamente. Pero requiere una potencia enorme : los motores de cohetes de alto empuje, incluso cuando se estrangulan para proporcionar solo 5 m / s2 de aceleración (suponiendo que medio G sea mejor que ninguno), se quedan sin combustible en minutos, no semanas o meses. La única propulsión de nave espacial de empuje constante de larga duración que tenemos en este momento, las unidades de iones eléctricos, no puede manejar ni siquiera el empuje de gravedad lunar. La fuerza que ejercen se mide mejor en potencia de colibrí, no en potencia. Hasta que tengamos algún tipo de propulsión nuclear térmica (como VASIMR o un cohete de fusión magneto inercial, no un “Orion drive” bombeado por bomba, todo lo cual es puramente teórico en este momento), esto será imposible.

La otra opción obvia es la emulación de gravedad centrípeta , en la que utiliza el momento angular para imitar la sensación y el efecto de la gravedad. Afortunadamente, esto casi no requiere potencia ni empuje en absoluto , una vez que su nave o hábitat se agita correctamente: no hay fricción en el vacío, por lo que todo lo que tendrá que hacer es corregir la oscilación debido a las masas cambiantes dentro de su nave, y para fuerzas externas infinitesimales que actúan sobre usted (viento solar, perturbaciones gravitacionales, ese tipo de cosas).

(La estabilidad de giro es en realidad más difícil de lo que piensas, al igual que la corrección de bamboleo debido al movimiento de la tripulación, equipo, líquidos, suministros, etc. dentro de tu estación espacial o nave espacial. Aquí hay una introducción útil al respecto, con comentarios sobre problemas de estabilidad varios hábitats orbitales de gravedad centrípeta).

De todos modos, las ecuaciones básicas que desea, para calcular la velocidad de giro necesaria de una nave o estación de un diámetro dado, son las siguientes:

• G (medido en aceleración, metros por segundo por segundo) = 0.011 * velocidad de rotación (en rpm), cuadrado, * radio ( en metros, desde el eje de giro hasta el punto en el que está midiendo la fuerza G )
• Radio = G / (0.011 * rotación al cuadrado)
• Rotación (en rpm) = la raíz cuadrada de (G / (0.011 * radio)

… o simplemente use esta calculadora de gravedad centrípeta en línea.

Vaya aquí si realmente quiere descubrir estas cosas. ¡Disfrutar!

Fácil.

Si está en una nave espacial, enciende los motores y los deja encendidos. Con los cohetes de combustión química, esto no es posible. Pero con algún tipo de motor basado en fusión, esto probablemente sería realista.

Hay un nuevo programa de televisión llamado The Expanse. (basado en un conjunto de novelas) en el que vemos esto. Cuando se corta el disco, la tripulación experimenta ingravidez.

Tenga en cuenta que en una nave espacial de este tipo, la “baja” local es hacia los motores.

La fuerza centrípeta se puede utilizar para crear gravedad artificial. De hecho, es en mi opinión el método más utilizado en la mayoría de las películas de ciencia ficción que tienen lugar en el espacio profundo.

¿Recuerdas esas estaciones espaciales grandes y giratorias que parecen ruedas, donde las personas caminan normalmente en los anillos exteriores, pero cuando se mueven hacia el centro comienzan a experimentar ingravidez?

En este momento, creo que esa es la única manera de garantizar que la ‘gravedad’ sea experimentada por cada parte de su cuerpo. Bueno, la aceleración / desaceleración puede tener el mismo efecto, sin embargo, cuando se usa la fuerza centrípeta, puede permanecer estacionario en un lugar y simplemente hacer que la ‘nave’ gire alrededor de su eje.

En el espacio, es posible crear “gravedad artificial” haciendo girar su nave espacial o estación espacial. Cuando la estación gira, la fuerza centrífuga actúa para atraer a los habitantes hacia el exterior. Este proceso podría usarse para simular la gravedad. Sin embargo, no sería exactamente lo mismo, porque grandes fuerzas de Coriolis también estarían presentes, y las cosas caerían en curvas en lugar de líneas rectas.

la gravedad no es más que fuerza debido a la masa

F = GMm / R ^ 2

para la gravedad práctica, la masa de un objeto es masivamente mayor que otro (M >> m)

Para crear gravedad artificial sobre un área limitada, necesitaremos un cuerpo masivo pero de un tamaño muy inferior ya que no queremos que su dimensión interfiera con nuestro entorno.

Por lo tanto, necesitamos comprimir una gran cantidad de masa en un pequeño espacio de la dimensión deseada.

Esto se puede hacer por compresión gravitacional

O bien, comprimir una gran cantidad de fluido altamente compresible en un sistema extremadamente fuerte de volumen comparativamente infinitesimal. De esa manera puede ser posible crear gravedad artificial.

«La gravedad está bien aproximada por la ley de gravitación universal de Newton, que postula que la fuerza gravitacional de dos cuerpos de masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos».
nada, sin gravedad
bueno, con solo UNA cosa, no habría otra cosa para sentir la fuerza, por lo tanto, dos cosas.

Puede acelerar la nave espacial linealmente, en lugar de girarla. Eso funciona igual de bien.

Pero, por supuesto, tiene el efecto de mover la estación en línea recta, por lo que realmente solo puedes usarla en el barco como un todo en lugar de hacerlo en diferentes partes. A menos que estés dispuesto a dejar que el barco crezca mucho, mucho, mucho tiempo.

El magnetismo y la electricidad son otras opciones, pero la potencia y las fuerzas de campo necesarias para lograrlo, junto con las preocupaciones de seguridad, superan cualquier beneficio potencial.

Nuestra mejor apuesta es profundizar en la física del bosón de Higgs, que podría apuntar a posibles vías para manipular la gravedad en lugar de simularla. Esa tecnología también sería más útil en general para crear naves espaciales y abrir vías de exploración para las cuales tendríamos una mayor necesidad de gravedad artificial.

Para tener una vida más normal, tener las cosas en su lugar y evitar la pérdida muscular y ósea, desea vivir en un marco acelerado (“tener gravedad”). En ausencia de aceleración de la gravedad, debe proporcionar la aceleración de otra manera.

Si va a algún lugar y tiene motores de ciencia ficción increíblemente eficientes, la solución obvia es simplemente acelerar de un g hacia su destino.

Si es para vivir en el espacio y no tienes motores increíbles, entonces la aceleración de la rotación servirá. La desventaja es que debe tener el radio de rotación lo suficientemente grande como para evitar los efectos desagradables de la fuerza de Coriolis. Básicamente obtendrá mareos por movimiento si la rotación es pequeña y rápida. Pero si es lo suficientemente grande, entonces esta aceleración es indistinguible de la gravedad, y no requiere ningún aporte de energía para mantenerse al día.

‘M Equals 1’: la misión completa de Gemini XI (Parte 2)

y

Mira el primer experimento de gravedad artificial

(Olvídate de estar dentro de grandes tubos giratorios …)

Literalmente podríamos generar gravedad si creáramos un objeto pequeño y súper denso, algo que pudiera acumular mucha masa en un espacio realmente pequeño. La gravedad es directamente proporcional a la densidad y se genera por masa. Actualmente, los objetos más densos son agujeros negros, pero no tenemos forma de crearlos, y contenerlos sería una pesadilla, incluso si fueran pequeños.

No por el momento. Actualmente no podemos crear gravedad. Podemos simularlo aplicando otra fuerza (rotación o aceleración lineal), pero eso es todo. Tal vez, algún día, podamos crear un campo gravitacional, pero aún no.

Solo puedes simular la gravedad localmente. Hay una cosa llamada principio de equivalencia que establece que la gravedad es equivalente a la aceleración. Pero eso es cierto solo cuando las fuerzas de marea no entran en juego. Podrías simular la gravedad en el espacio usando la aceleración, pero no podrás simularla en escalas más grandes.

La fuerza centrípeda no es una fuerza real, sino una condición que debe coincidir si desea que una órbita o algo rodee a otra cosa. La gravedad es una forma de ganar fuerza, la centripedial es una forma de gastarla.

Entonces, cuando la tierra orbita alrededor del sol, es porque la fuente del sol coincide con la fuerza centrípeta esperada, y que la tierra no es empujada hacia adentro ni hacia afuera por el exceso de fuerza.

La gravedad existe sin fuerza centrípeta, pero es una cuestión de chocar entre sí.

Muchas personas ya han mencionado la fuerza centrípeta, pero esto no es lo mismo que la gravedad artificial de la misma manera en que piensas. Por un lado, su cabeza experimentaría menos fuerza “hacia abajo” que sus pies, lo que no solo es muy desorientador si el radio de rotación es pequeño, sino que también tiene efectos adversos en el flujo sanguíneo.

La respuesta corta es que no hay una forma efectiva de producir verdadera gravedad artificial.

Solo hay una forma, es decir, varias variaciones de la centrífuga. O como John Gould señala una aceleración lineal constante.

Su única otra opción es la aceleración lineal como en un cohete. Pero eso es enormemente más caro en términos de energía (y bienes raíces).

No. En la actualidad, la gravedad artificial es materia de ciencia ficción.
La única forma de crear un efecto similar a la gravedad es resistiendo el momento angular o la fuerza centrífuga / centrípeta.
También podría acelerar a una gravedad, ¡pero probablemente no por mucho tiempo!

Ponga un poco de agua en un balde, agarre el asa del balde y gírelo muy rápido en un gran círculo vertical con el brazo extendido, como si su brazo fuera un radio y el cubo fuera el borde de la rueda. El agua permanece en la cubeta, aparentemente “empujada” hacia el fondo a medida que la cubeta gira.

De hecho, el agua se empuja constantemente * hacia los lados *, hacia el costado del balde, pero el balde se sigue moviendo de manera que el fondo del balde intercepte el agua en movimiento. El agua se empuja hacia un lado, luego el cubo gira para que el agua toque el fondo. El agua es empujada a un lado otra vez …

No se crea gravedad, pero el efecto es que el agua permanece “atascada” en el fondo del balde.

Ahora haga lo mismo, pero haga que el cubo sea del tamaño de una habitación grande y párese en el medio de la habitación. ¡Maricón! ¡Gravedad artificial!