¿Por qué el giro de una estación espacial genera gravedad? ¿Por qué no te quedarías flotando mientras el espacio gira a tu alrededor?

Supongamos que estás sentado en un témpano de hielo en el polo norte. El eje de rotación de la Tierra se ejecuta directamente a través de su centro. Para alguien que observa desde el espacio, estás girando a una revolución por día. O supongamos que estás en una montaña en el ecuador, el hombre del espacio te verá viajar unas 1000 millas por hora. En cualquier caso, ¿notaría que su nave espacial (la Tierra) se mueve a su alrededor o lo azota a gran velocidad en una atmósfera que no gira? Incluso si saltas en el aire, la tierra no se aleja de ti. Por otro lado, si estuviera en un automóvil y saltara, el aire que brotaba a su alrededor crearía una tremenda fuerza de arrastre que le haría desacelerar rápidamente.

Básicamente, el aire tiene masa y ejerce fricción sobre cualquier sólido. El aire dentro de un globo giratorio girará a la misma velocidad porque la fricción lo mantiene en su lugar. Si la velocidad de rotación cambia, el aire se desacelerará o acelerará a una velocidad por la fricción entre el aire y el globo, el tamaño del globo y la temperatura. Incluso los pequeños gradientes de temperatura causarán corrientes y remolinos, eso es lo que impulsa nuestro clima.
Pero ignoremos eso y volvamos a enfocarnos en un globo que gira a una velocidad constante, a una temperatura constante. Una mota de polvo dentro del globo estaría rodeada por un fluido giratorio bajo aceleración centrípeta. Entonces, aunque la rotación es constante, el aire quiere viajar en una trayectoria recta, pero el movimiento circular lo acelera hacia el centro, dando lugar a la fuerza centrípeta. Esta fuerza arroja efectivamente toda la masa hacia las paredes del globo. Así es como una nave espacial rotativa puede generar gravedad artificial.

Si la estación espacial no tuviera aire, entonces sí, si pudieras correr y saltar a la derecha, podrías permanecer flotando mientras el espacio gira a tu alrededor.

Sin embargo, si hay aire, el aire también se arrastra a medida que gira la estación espacial, por lo que cuando salta, tendrá que estar viajando bastante rápido en relación con el aire: experimentará esto como una corriente de aire que lo atraviesa, igual que Si tratas de correr muy rápido en la tierra. Este aire causará que te arrastre, lo que tiende a cambiar tu velocidad para que coincida con la de la estación espacial giratoria. Serías “volado” de lado y te pondrías en contacto de nuevo con el suelo.

Este es el tipo de problema inverso al “¿Puedo correr hacia adelante en la tierra lo suficientemente rápido como para que el horizonte se aleje de mí y nunca toque el suelo?” Claramente, sí, puedes hacer eso, ese es el principio de orbitar el planeta, pero no puedes hacerlo en ninguna parte de la superficie de la tierra debido a la resistencia del aire. De la misma manera, en un cilindro giratorio, puede avanzar lo suficientemente rápido como para contrarrestar el giro y, por lo tanto, la fuerza centrífuga, pero la resistencia del aire lo frena y lo empuja hacia un lado hasta que se topa con el piso.

En estaciones espaciales cilíndricas más pequeñas, o en aquellas con menor gravedad, es posible que pueda saltar justo a la derecha para terminar en el centro del cilindro giratorio, donde los movimientos de aire no hacen que lo arrastre de lado (y hacia la curvatura ascendente). del piso giratorio). Si puedes alcanzar ese punto, entonces podrás flotar en el centro del cilindro giratorio. El aire giratorio eventualmente lo arrastrará para que gire con el cilindro, pero permanecerá flotando en ese espacio durante algún tiempo.

No generaría gravedad, produciría una fuerza similar a la gravedad a través de la fuerza centrífuga / centrípeta.
En cuanto a por qué las naves espaciales no giraban mientras permanecías inmóvil, es similar a por qué no viajas grandes distancias debido a la rotación de la Tierra cuando saltas en el aire. Estarías viajando con la rotación.
Si la nave espacial fuera un cilindro vacío en el vacío del espacio, entonces podrías flotar a través de él mientras giraba sin sentir ninguna fuerza. Pero cualquier nave espacial en la que valga la pena estar dentro tendría algo de aire que rotaría a la misma velocidad que la nave espacial y te llevaría con ella.

La razón por la que una estación espacial giratoria simula una fuerza gravitatoria externa es la misma razón por la que se siente empujado hacia el exterior de un automóvil cuando gira. Imagínese que la estación espacial es como un automóvil que circula por un lugar sin gravedad, por lo que todos estarían flotando en el interior, excepto que, dado que constantemente va en un círculo, todos sienten que están siendo empujados hacia afuera. La física subyacente (desde el punto de vista de alguien que se encuentra fuera del espacio del vehículo espacial giratorio) es que su inercia en realidad lo haría ir en línea recta, excepto que las paredes están acelerando, empujándolo para seguir un camino circular. Para dar sentido a lo que está sucediendo desde el punto de vista de alguien dentro del vehículo espacial que gira, es necesario inventar una fuerza ficticia llamada fuerza centrífuga para describir por qué las cosas actúan de la manera en que lo hacen.

La fórmula para la aceleración es [math] a = \ omega ^ 2 r [/ math] (donde [math] \ omega [/ math] es la velocidad de rotación en radianes / seg. (10rpm = 1 rad / seg) y r es el radio. Por lo tanto, para simular la gravedad de la tierra ([math] a = 1g = 9.8m / s ^ 2 [/ math]), deberías girar una estación espacial del tamaño de un campo de fútbol (50m de radio) a aproximadamente 5 rpm, que en realidad es bastante difícil para algo tan grande. Afortunadamente, si tu objetivo es solo la gravedad lunar (0.16 g), podrías llegar a menos de 2 rpm.

Debido a una fuerza llamada fuerza centrífuga. Supongamos que está conduciendo un automóvil y da una vuelta, la carrocería se empuja hacia el lado opuesto. De la misma manera, cuando una estación espacial gira, con suficiente velocidad, el cuerpo es empujado hacia afuera, causando un efecto similar a la gravedad.

Sin embargo, la velocidad de rotación debe ser lo suficientemente alta como para que la gravedad de la Tierra sea similar. El que muestran en las películas no es exacto como tal.

El giro de una estación espacial no genera gravedad. Lo que sí genera es la fuerza centrífuga. Si la estación espacial fuera redonda y no contuviera aire, la estación espacial giraría a su alrededor y usted continuaría flotando. Esta es la ausencia de gravedad. Ahora, si se aferraba a las partes internas de la estación, comenzaría a sentir los efectos de la fuerza centrífuga. Entonces serás capaz de enfrentarte a la fuerza centrífuga. Entonces se convierte en una gravedad psuedo. Con el aumento de la masa, su peso puede aumentar de 150 a 200 libras, por lo tanto, construir huesos más fuertes mientras viaja por el espacio.

No es gravedad, es fuerza centrífuga.