Question:
En quoi la "gravité artificielle" rotationnelle diffère-t-elle de la gravité normale?
Mark Cassidy
2018-11-11 17:48:53 UTC
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Je ne suis pas un physicien, juste un esprit curieux.Je lisais un roman de Iain Banks où il était mentionné que le passage de la "gravité" rotative artificielle (dans l'espace, sur un vaisseau spatial en rotation) à la gravité réelle causait un certain inconfort.

Et cela me fait réfléchir;y a-t-il une vérité à cela?Je veux dire que je suis conscient que la lecture d'un roman de science-fiction ne fait pas la science;Cependant, cela me semble également être une histoire improbable à y injecter si elle n'était pas fondée sur au moins une théorie réelle ou une réalité réelle.

Je suppose donc que cela se résume à ceci.Du point de vue de l'individu qui en fait l'expérience, y a-t-il une différence notable entre le fait d'être tourné et de ressentir ainsi une sensation de gravité, et une personne éprouvant une gravité réelle (de l'attraction de la masse)?

Comment le changement a-t-il été accompli?D'après ce que vous avez dit, il n'est pas clair s'il y avait une différence qui a causé de l'inconfort ou si c'était le changement lui-même qui a causé l'inconfort.De plus, les forces étaient-elles égales?Si vous êtes sur un vaisseau spatial conçu pour imiter la gravité terrestre et que vous vous rendez sur une planète avec plus que la gravité terrestre, cela pourrait causer de l'inconfort.Ou si vous êtes sur les niveaux supérieurs de l'engin spatial, alors vous subirez moins de gravité, donc aller à plein pourrait causer de l'inconfort.
Bonne question.3 points pédants: sur Terre, vous * faites * l'expérience de forces de "gravité" rotationnelles artificielles.Parce que la Terre tourne.Mais c'est négligeable par rapport à ce que nous considérons normalement comme une "gravité normale".(De plus, la Terre tourne autour du soleil (et tourne autour du centre de la Voie lactée ...!))
Six réponses:
Eric David Kramer
2018-11-11 18:01:09 UTC
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Je pense qu'un cadre rotatif aurait à la fois une force centrifuge, imitant la gravité, et ce qu'on appelle une force de Coriolis.Ainsi, par exemple, si vous lanciez une balle en l'air dans la station spatiale en rotation, vous la verriez également se déplacer latéralement, car l'extérieur d'une roue tourne toujours plus vite que l'intérieur.

Il est possible que les gens de la station spatiale ressentent cette force de Coriolis, d'où la raison de l'inconfort.

Bonne réponse.Pour un exercice de devoirs instructif, essayez d'analyser diverses expériences de test de gravité, comme ce qui se passe lorsque des balles sont lâchées d'une haute tour installée dans une énorme station spatiale rotative dont le bord tourne avec une accélération de 1 $ g $.
J'aime cette réponse.Donc, tout comme changer de lunettes - l'inconfort n'est pas physique, mais vous le remarquez.
Dans un épisode de l'émission "The Expanse", une phrase similaire à "dans le noyau où le Coriolis est vraiment mauvais" est utilisée.
C'est à peu près ça.Je sais que j'ai vu quelques calculs sur la taille ou la vitesse de votre habitat sans donner aux gens la nausée de coriolis, mais je ne sais pas où j'irais le trouver maintenant (probablement [World Building SE] (https: //worldbuilding.stackexchange.com)).IIRC, l'effet coriolis perturbe votre oreille interne.
[Wikipédia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gravity#Mechanism) a creusé une règle de base (croyance?) Qu'à 2RPM ou en dessous, la force de Coriolis serait tolérable.2RPM revient à environ 0,2 $ radians par seconde.Cela signifie que $ 1g $ ou 10 $ m / s ^ 2 $ nécessite une station d'un rayon de 250 $ mètres.
@Dithermaster "Donc, tout comme changer de lunettes - l'inconfort n'est pas physique" c'est absolument physique, dans les deux cas.Changer de lunettes oblige les muscles de la lentille à travailler de différentes manières, ce qui les fatigue.Avoir des forces inégales sur votre corps est également physique.
https://www.schlockmercenary.com/2008-08-17 La "gravité" rotationnelle change considérablement la balistique.
Si vous lancez une balle vers le centre, elle semblerait accélérer vers l'avant dans le sens de la rotation et tomber devant vous.Mais si vous le jetiez en arrière à la bonne vitesse, il semblerait devenir en apesanteur et flotter dans les airs, réapparaissant plus tard devant vous.Paradoxalement, il faudrait le lancer en arrière et en haut à la bonne vitesse pour le rattraper.Si vous courez dans un sens, vous deviendriez plus lourd, mais courir dans l'autre sens vous rendrait plus léger!
@ Åsmund 10m / s est un sprint mort pour un athlète de haut niveau;la plupart des gens ne «marchent» pas 5 m / s 6 minutes miles
Les forces de Coriolis existent bien sûr aussi sur les planètes en rotation, nous ne les ressentons tout simplement pas à l'échelle humaine car notre planète a un rayon si grand par rapport à nous.(c'est pourquoi les nuages d'orage / les modèles de vent prennent une forme courbe / circulaire à grande échelle) Dans une station spatiale rotative suffisamment grande, le même principe s'appliquerait, mais dans une plus petite, l'effet serait prononcé à l'échelle humaine.
En fait, dans les livres, tout le monde grandit sur des habitats de mégastructure rotative artificielle, donc se tenir debout sur une planète ordinaire est ce qui est inconfortable pour eux.
Il existe de nombreuses expériences qui pourraient révéler la différence entre cette gravité artificielle et la gravité réelle, y compris courir, sauter, lancer des balles, etc. Mais serait-ce perceptible ou causerait-il un certain inconfort à une personne normale?La réponse est que si le rayon n'est pas assez petit, ce ne sera pas le cas.
@RyanCavanaugh Vous avez absolument raison, j'ai réussi à mélanger km / h et m / s.J'ai supprimé le commentaire brainfart.
msouth
2018-11-11 22:58:21 UTC
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Je spécule, mais la spéculation est basée sur la physique réelle :).

Votre expérience physique de la gravité sur une planète et de la gravité artificielle à l'extérieur d'une roue en rotation pourrait être différente sur la base de ce qui suit.

La force que vous ressentez d'une planète est $ G * m_ {vous} * M_ {planet} / r ^ 2 $ (La constante gravitationnelle multipliée par votre masse multipliée par masse de la planète, divisée par la distance $ r $ de vous au centre de la planète, au carré.

La force ressentie par la roue en rotation est $ m_ {vous} * \ omega ^ 2r $ (votre masse multipliée par la vitesse angulaire (au carré) multipliée par $ r $ , la distance entre vous et le centre de la roue).

Donc, supposons que vous soyez sur une planète (qui aurait normalement une très grande valeur de $ r $ - ce qui signifie que vous êtes loin de son centre ), et vous êtes assis, puis vous vous levez. Votre tête est passée de $ r $ mètres à $ r + 1 $ mètre (votre tête est maintenant de 1 mètre plus loin du centre de la planète). Donc, sur terre, vous êtes passé d'environ 6,4 millions de mètres à environ 6,4 millions de mètres ... plus un! Cela va faire un changement dans la force sur votre tête qui est probablement beaucoup trop petit pour que vous le remarquiez.

Sur une roue rotative artificielle, vous allez avoir une valeur beaucoup plus petite de $ r $ (en supposant que la roue est bien inférieure à la taille deune planète).Donc $ r-1 $ mètres (gardez à l'esprit que lorsque vous vous tenez debout à l'intérieur de la roue en rotation, votre tête est plus proche du moyeu dela roue, donc c'est un changement pour $ r-1 $ au lieu de $ r + 1 $ comme ilserait sur la planète) pourrait être suffisamment différent de $ r $ mètres pour être quelque chose que vous ressentez, et, si vous y avez passé beaucoup de temps, ou si vous y êtes né, ou quoi que ce soit, vous vous habitueriez à ce que les choses (comme votre tête) soient «plus légères» lorsque vous vous levez.Si c'était votre "normal", alors cela pourrait vous sembler vraiment étrange quand cela ne s'est pas produit dans la gravité terrestre.

N'est-ce pas pour cela que de tels engins doivent être assez grands?
Le terme artistique pour les effets dont vous parlez est [forces de marée.] (Https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force)
@RonJohn Oui, mais il y a une économie à considérer.Par exemple.ce serait bien si les voyages dans l'espace ne nécessitent pas une accélération aussi élevée que dans les fusées modernes, mais il est plus économique de former quelques spécialistes pour gérer ces accélérations que de piloter des fusées à des accélérations plus faibles.De la même manière, les navires rotatifs seraient construits aussi petits que possible pour un niveau d'inconfort tolérable donné pour la plupart de leurs utilisateurs.Peut-être qu'à un rayon de 200 mètres, noöne remarquerait la rotation - mais 200 mètres est un navire assez volumineux (et cela ne fonctionnerait que sur le bord extérieur de toute façon!).
Vous devez également tenir compte du fait que "l'exécution de widdershins" rend votre plus lourd.L'effet semble diminuer avec la racine carrée du rayon, il peut donc persister plus longtemps que l'impact de changement de hauteur linéaire.
@Luaan, sur le thème de l'économie: Ce n'est pas parce qu'il a un rayon de 200m qu'il doit avoir une circonférence de 1256m ... L'habitat pourrait être juste quelques capsules uniformément pondérées sur une attache de 400m.
jamesqf
2018-11-11 23:18:54 UTC
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Pour une réponse non technique, tu te souviens quand tu étais enfant sur le terrain de jeu?(Oui, je sais que je fais ce qui est peut-être une hypothèse paroissiale.) Si vous étiez assis sur le manège (ceci: https://en.wikipedia.org/wiki/Roundabout_(play)) et a amené les autres enfants à le pousser très vite, vous pouviez sentir la "gravité" vous tirer vers l'extérieur.Mais comme vous vous déplaçiez également dans un cercle restreint, le liquide dans vos oreilles a bougé et vous avez eu le vertige.

Échelle à présent jusqu'à une station spatiale de taille moyenne.La rotation peut encore avoir un effet sur les oreilles (ce qui dépend de la taille), mais comme vous y êtes depuis longtemps, votre corps s'est adapté à cela comme étant normal.Lorsque vous passez à la gravité "réelle", l'effet de rotation disparaît, mais pour votre corps, ce n'est plus normal.

(Je ne peux pas dire si cela se produirait réellement: AFAIK personne ne l'a essayé, mais c'est certainement assez plausible pour SF :-))

L'échelle de distance pourrait être telle que la vitesse de rotation soit très faible, disons une fois toutes les 24 heures.Les effets auriculaires seraient alors trop petits pour avoir de l'importance.
@AndrewSteane Cela dépend de deux choses: 1) la taille de votre habitat et 2) sa vitesse de rotation.Plus il est petit, plus il doit tourner rapidement pour générer 1 G de gravité sur la surface extérieure et provoquer une pente plus raide (c'est-à-dire si votre habitat mesure 12 pieds de diamètre, votre tête subit 0 G et vos pieds1 G; un scénario extrême).
@AndrewSteane une rotation par 24 heures nécessiterait un rayon d'environ 2 millions de km pour 1G
Les manèges créent une accélération qui va de côté - ce à quoi les oreilles ne sont pas habituées.La gravité et les vaisseaux spatiaux rotatifs créent une accélération vers le bas, ce pour quoi vos oreilles sont conçues.Alors, comment est-ce important?
Mon exemple de 24 heures était un peu extrême.Un meilleur exemple de synchronisation serait une rotation de 90 minutes pour une station spatiale de la taille d'une planète;Rotation d'une minute pour une station spatiale à l'échelle du km.Pas beaucoup de vertiges dans ces cas je pense.
trapper
2018-11-12 09:20:30 UTC
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Il est peu probable que vous remarquiez une différence à moins que le vaisseau spatial ne soit assez petit.

Par exemple, avec un rayon de 50 m, il n'y a qu'une différence de 2% entre 50 m et 49 m.La station dans ce cas tournerait à 4,25 tr / min pour générer 1G.

2% par mètre, c'est beaucoup.Une personne de 2 m de haut, 80 kg en se levant, serait projetée vers l'avant avec une force de 3 kg et la verticale telle que détectée par son oreille interne varierait jusqu'à 18 degrés comme vous l'avez fait, en fonction de la direction dans laquelle vous étiez face à la direction deVoyage.Cela devrait être suffisant pour trébucher ou tomber si vous vous attendiez à ce que cela aille dans un sens et que cela se fasse dans l'autre.
Je ne peux même pas imaginer quel genre de maths vous mène à ces conclusions.
Le sinus X se rapproche de X pour un petit X donc il suffit de multiplier la masse par la différence de pourcentage pour une approximation instantanée.Simples.
Cependant, vous ne pouvez pas simplement multiplier les nombres au hasard.3 kg n’est pas une «force», et votre centre de gravité en position debout est au niveau des hanches et non à 2 m du sol.
Vous avez évidemment raison de dire que le kg n'est pas une force, mais si la rotation génère 1g à la circonférence, la masse à la circonférence est isométrique avec le poids sur terre, donc je parlais en termes de poids de 3 kg sur Terre.
Arcanist Lupus
2018-11-12 02:25:36 UTC
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Expérimenter simultanément des forces de rotation et une gravité à direction fixe serait étrange.

Une personne sous l'influence de la gravité subit une accélération constante. Une personne dans un cadre de référence en rotation subit une accélération magnitude constante, mais la direction change constamment.

Cela signifie que si vous ressentez les deux à la fois et que l'axe de rotation n'est pas parallèle à la direction de la gravité, l'accélération totale que vous ressentez fluctuera constamment. C'est plus ou moins équivalent au fait que si vous balancez un godet sur une corde dans un cercle vertical, la tension de la corde est plus élevée lorsque le godet est près du sol que lorsqu'il est en haut de la balançoire.

En fonction de la vitesse de rotation de votre station, cela peut donner l'impression que la période de transition est une montagne russe.

Bien sûr, la manière logique de faire la transition entre les cadres de référence serait d'en laisser un, de saisir zéro-g, puis de saisir le second. Cela éviterait l'effet de montagnes russes. Mais s'ils sautaient ce processus, je pourrais facilement voir les gens se vider l'estomac pendant le processus.

Désolé, mais c'est incorrect.Imaginez balancer un seau sur une corde dans un cercle * horizontal *.
@Beta, bien, cela dépend de la façon dont la station tourne.Vous * pourriez * organiser la transition d'une manière logique et sans montagnes russes.Mais tu n'es pas obligé.
J'espère que vous ne faites pas référence à l'orientation par rapport à une planète - la seule accélération linéaire sur la station serait due à son moteur de fusée translationnelle.
La tension sur une corde sur un seau augmente et diminue parce que vous vous trouvez sur une planète subissant son champ gravitationnel.Cela ne s'applique pas dans cette situation.
_ "Bien sûr, la manière logique de faire la transition entre les cadres de référence serait d'en laisser un, d'entrer zéro-g, puis de saisir le second." _ Pourquoi la transition serait-elle importante une fois que vous êtes dans la centrifugeuse?
Martin Hasa
2018-11-13 02:06:40 UTC
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Tout d'abord, permettez-moi de m'excuser pour le message, en effet je ne faisais que parcourir et cela a suscité mon intérêt.

À mon avis, il y a une différence mécanique dans laquelle la rotation vous affecte dans ces deux cas (vous tournez sur la planète sans poteaux). Sur la surface des planètes, la masse vous attire vers l'intérieur et la planète la rotation diminue la force qui vous est appliquée. Sur la station la rotation fonctionne dans l'autre sens, créant essentiellement de la gravité à partir de rien.

Passez une bonne journée.

Alors pour m'expliquer davantage: je pensais, quelle différence pourrais-je ressentir sur une telle station? Le mouvement vertical est une chose. Comme les réponses précédentes l'ont indiqué, le delta g sur un mètre diffère pour la station par rapport à la planète. Le mouvement sur le plancher de la station, je suppose, serait différent en marchant contre la rotation. Dans ce cas, ma vitesse angulaire est plus faible qu'autrement. Est-ce que je me sentirais plus léger si je marchais dans une direction? Serait-ce le facteur désorientant? Et ainsi de suite.

Comme pour le premier message. J'essayais d'être bref et trop simplifié. Veuillez également me pardonner d'avoir massacré la langue anglaise, je ne suis pas natif.

Meilleures salutations.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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