Vraag:
Wat zou de grootte en rotatie van een station moeten zijn om 1 g zwaartekracht van top tot teen te produceren?
Jack B Nimble
2013-07-17 21:33:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Een constructie met een straal van 224 m die roteert met 2 rotaties per minuut genereert 1 g kracht aan de binnenkant ( spincalc). Het genereert die kracht op de voeten, maar naarmate je door het lichaam reist, neemt de hoeveelheid uitgeoefende kracht af.

Volgens Wikipedia (nodig citaat) zou een grotere straal en een langzamere rotatie het effect consistenter moeten maken voor een staande mens.

Spelen met de spincalc vertelt me ​​dat met een straal van 1000 meter en een rotatie van 0,95 rotaties per minuut ook 1 g is, maar ik heb geen idee hoe dat de vermindering van de traagheid die wordt gevoeld als u zich van de buitenrand verwijdert.

Welke straal en rotatie zou nodig zijn om consistent 1 g te produceren vanaf de vloer tot een hoogte van ongeveer 2 meter binnen een tolerantie van een paar procentpunten (misschien 5%)?

Bepaal uw nauwkeurigheidsmarge. U kunt nooit precies 1 g middelpuntvliedende kracht hebben voor twee gescheiden punten zoals beschreven.
Eerst zou u uw tolerantie moeten specificeren (welke variatie is waarneembaar / desoriënterend voor het menselijk lichaam?). Anders zou dit onmogelijk zijn. De kracht zal altijd evenredig variëren met de afstand tot het rotatiecentrum.
Ik heb een tolerantie van 5% toegevoegd
Stel voor dat de kunstmatige tolerantie van 5% wordt vervangen door een meer kwalitatieve maat, zoals klein genoeg om over het algemeen onmerkbaar te zijn, waarbij het ideale antwoord dan zou definiëren wat die waarde is en een back-up maakt met een bron.
Een citaat uit een enigszins gerelateerd artikel: "Op verschillende punten op aarde vallen objecten met een versnelling tussen 9,78 en 9,83 m / s2, afhankelijk van hoogte en breedtegraad" http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_acceleration
Een antwoord:
#1
+35
AlanSE
2013-07-17 22:09:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Welke radius en rotatie zou nodig zijn om consistent 1g te produceren vanaf de vloer tot een hoogte van ongeveer 6ft (2m)?

Infinity. Technisch gezien zal er altijd een verticale gradiënt van kunstmatige zwaartekracht zijn. Realistisch gezien zal het mensen niet schelen. Zelfs met een straal van 224 m is het verschil niet veel. De versnelling voor alles wat aan de structuur is bevestigd, is:

a = ω²r

Dit maakt het probleem eenvoudig omdat de rotatiesnelheid (omega) constant is, dus het verschil tussen je hoofd en voeten is r1 / r2. Voor een persoon die in een structuur met een radius van 224 m staat, is dat 2/224 = 0,9%.

Ter referentie: de getijdekrachten op aarde veroorzaken een verschil in zwaartekracht van 0,00006% van uw hoofd tot uw teen. De aarde heeft een uitzonderlijk constant zwaartekrachtveld. Als u wilt, kunt u de straal berekenen die nodig is om deze mate van consistentie te verkrijgen. Het is ongeveer de helft van de straal van de aarde.

Een procent verschil in versnelling van top tot teen zou iemand niet te veel moeten storen. De belangrijkste zorgen van ongemak bij kunstmatige zwaartekracht zijn dynamische Coriolis (valse) krachten. Deze zijn niet statisch zoals het effect dat u noemt. De termen zijn afhankelijk van snelheid, niet van positie, dus iemand die stilstaat, zal ze niet voelen (afgezien van bewegende vloeistof in hun lichaam). Voor normale bewegingen zijn deze veel belangrijker.

Hier zijn enkele beelden van het laten vallen van een object in kunstmatige zwaartekracht. Voor het geval van 2 tpm is er een aanzienlijke merkbare doorbuiging. Maar nogmaals, door krachten die alleen optreden als iets beweegt ten opzichte van de grond. Je zou dus 1% verschil in zwaartekracht kunnen hebben vanwege de radiale locatie, maar een verplaatsing van enkele centimeters door iets te laten vallen. Dit laatste zal meer opvallen.

Niet dat het er toe doet, maar je zou kunnen discussiëren over het oneindigheidsargument, want op het aardoppervlak is er ook een verticale zwaartekrachtgradiënt.
Maar ik denk dat de juiste interpretatie van het technische aspect is dat de aarde niet consequent 1g van top tot teen produceert. Je moet dit in twee verschillende vragen scheiden en erachter komen welke je wilt beantwoorden: Is het, hoe krijg je op alle punten exact dezelfde zwaartekracht (oneindig grote straal voor rotatie of stuwkracht), of is het, hoe krijg je de zwaartekracht zo dichtbij dat het menselijk brein het verschil niet kan zien en denkt dat het consistent is (zoals empirisch gezien het geval is wanneer we op het oppervlak van de planeet staan)?


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...