Frage:
Wie unterscheidet sich die "künstliche Rotationsgravitation" von der normalen Gravitation?
Mark Cassidy
2018-11-11 17:48:53 UTC
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Ich bin kein Physiker, nur ein neugieriger Geist.Ich las einen Roman von Iain Banks, in dem erwähnt wurde, dass die Verlagerung von künstlicher rotierender "Schwerkraft" (im Weltraum, auf einem rotierenden Raumschiff) zu realer Schwerkraft ein gewisses Maß an Unbehagen verursachte.

Und das bringt mich zum Nachdenken;Ist das wahr?Ich meine, ich bin mir bewusst, dass das Lesen eines Science-Fiction-Romans keine Wissenschaft macht.Es scheint mir jedoch auch eine unwahrscheinliche Handlung zu sein, wenn sie nicht zumindest auf einer realen Theorie oder einer tatsächlichen Realität basiert.

Ich denke, es läuft darauf hinaus.Gibt es aus der Perspektive des Individuums, das es erlebt, einen bemerkenswerten Unterschied zwischen dem Drehen und dem Erleben eines Schwerkraftgefühls und einer Person, die die reale Schwerkraft (aufgrund der Anziehung von Masse) erlebt?

Wie wurde die Verlagerung durchgeführt?Es ist nicht klar, was Sie gesagt haben, ob es einen Unterschied gab, der Unbehagen verursachte, oder ob es die Verschiebung selbst war, die Unbehagen verursachte.Waren auch die Stärken gleich?Wenn Sie sich in einem Raumschiff befinden, das die Schwerkraft der Erde nachahmen soll, und zu einem Planeten mit mehr als der Schwerkraft der Erde gehen, kann dies zu Unbehagen führen.Oder wenn Sie sich in den oberen Ebenen des Raumfahrzeugs befinden, ist die Schwerkraft geringer, sodass es zu Beschwerden kommen kann, wenn Sie voll werden.
Gute Frage.3 pedantische Punkte: Auf der Erde * erleben * Sie künstliche Rotationskräfte der "Schwerkraft".Weil sich die Erde dreht.Aber das ist vernachlässigbar im Vergleich zu dem, was wir normalerweise als "normale Schwerkraft" betrachten.(Außerdem dreht sich die Erde um die Sonne (und um das Zentrum der Milchstraße ...!))
Sechs antworten:
Eric David Kramer
2018-11-11 18:01:09 UTC
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Ich denke, ein rotierender Rahmen hätte sowohl eine Zentrifugalkraft, die die Schwerkraft nachahmt, als auch eine sogenannte Coriolis-Kraft.Wenn Sie beispielsweise einen Ball in der rotierenden Raumstation direkt in die Luft werfen würden, würden Sie sehen, dass er sich auch seitwärts bewegt, da sich die Außenseite eines Rads immer schneller dreht als die Innenseite.

Es ist möglich, dass die Leute in der Raumstation diese Coriolis-Kraft spüren, daher der Grund für das Unbehagen.

Gute Antwort.Versuchen Sie für eine lehrreiche Hausaufgabe, verschiedene Schwerkrafttest-Experimente zu analysieren, z. B. was passiert, wenn Bälle von einem hohen Turm fallen gelassen werden, der in einer riesigen rotierenden Raumstation aufgestellt ist, deren Rand sich mit einer Beschleunigung von 1 $ g $ dreht.
Ich mag diese Antwort.Ähnlich wie beim Wechseln der Brille ist das Unbehagen nicht körperlich, aber Sie bemerken es.
In einer Folge der Show "The Expanse" wird ein Satz verwendet, der "im Kern, in dem die Coriolis wirklich schlecht ist" ähnelt.
Es ist so ziemlich das.Ich weiß, dass ich einige Berechnungen darüber gesehen habe, wie klein oder schnell Sie Ihren Lebensraum gestalten können, ohne den Menschen Coriolis Übelkeit zuzufügen, aber ich bin mir nicht sicher, wo ich ihn jetzt finden würde (wahrscheinlich [World Building SE] (https: //worldbuilding.stackexchange.com)).IIRC, der Coriolis-Effekt beeinträchtigt Ihr Innenohr.
[Wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gravity#Mechanism) hat eine Faustregel (Überzeugung?) Ausgearbeitet, die bei 2 U / min oder darunter die Coriolis-Kraft tolerierbar wäre.2 U / min erreichen ungefähr 0,2 Radiant pro Sekunde.Dies bedeutet, dass für $ 1g $ oder $ 10 m / s ^ 2 $ eine Station mit einem Radius von $ 250 $ Metern erforderlich ist.
@Dithermaster "Ähnlich wie beim Wechseln der Brille - das Unbehagen ist nicht körperlich" ist es in beiden Fällen absolut körperlich.Das Wechseln der Brille führt dazu, dass die Linsenmuskeln auf unterschiedliche Weise arbeiten müssen, was sie ermüdet.Ungleichmäßige Kräfte auf Ihren Körper zu haben, ist auch physisch.
https://www.schlockmercenary.com/2008-08-17 Die rotatorische "Schwerkraft" verändert die Ballistik erheblich.
Wenn Sie einen Ball in Richtung Mitte werfen, scheint er in Drehrichtung vorwärts zu beschleunigen und vor Ihnen zu fallen.Aber wenn Sie es mit der richtigen Geschwindigkeit nach hinten werfen, scheint es schwerelos zu werden und in der Luft zu schweben und später vor Ihnen wieder aufzutauchen.Paradoxerweise müsste man es mit der richtigen Geschwindigkeit hin und her werfen, um es wieder zu fangen.Wenn du in eine Richtung rennst, wirst du schwerer, aber wenn du in die andere Richtung rennst, wirst du leichter!
@ Åsmund 10m / s ist ein toter Sprint für einen Spitzensportler;Die meisten Leute "laufen" nicht 5m / s 6-Minuten-Meilen
Coriolis-Kräfte existieren natürlich auch auf rotierenden Planeten. Wir spüren sie nur nicht auf menschlicher Ebene, weil unser Planet im Vergleich zu uns einen so großen Radius hat.(Aus diesem Grund nehmen Sturmwolken / Windmuster in großem Maßstab eine gekrümmte / kreisförmige Form an.) In einer ausreichend großen rotierenden Raumstation würde das gleiche Prinzip gelten, in einer kleineren wäre der Effekt auf menschlichen Skalen ausgeprägt.
Tatsächlich wächst in den Büchern jeder auf künstlichen rotierenden Megastruktur-Lebensräumen auf, daher ist es für ihn unangenehm, auf einem normalen Planeten zu stehen
Es gibt viele Experimente, die den Unterschied zwischen dieser künstlichen und der realen Schwerkraft aufdecken könnten, einschließlich Laufen, Springen, Werfen von Bällen usw. Aber würde es einem normalen Menschen auffallen oder ein gewisses Maß an Unbehagen bereiten?Die Antwort lautet: Wenn der Radius nicht ziemlich klein ist, wird dies nicht der Fall sein.
@RyanCavanaugh Sie haben absolut Recht, ich habe es geschafft, km / h und m / s zu verwechseln.Ich habe den Brainfart-Kommentar gelöscht.
msouth
2018-11-11 22:58:21 UTC
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Ich spekuliere, aber die Spekulation basiert auf der tatsächlichen Physik :).

Ihre physische Erfahrung der Schwerkraft auf einem Planeten und der künstlichen Schwerkraft an der Außenseite eines rotierenden Rads kann unterschiedlich sein.

Die Kraft, die Sie von einem Planeten spüren, ist $ G * m_ {you} * M_ {planet} / r ^ 2 $ span> (Gravitationskonstante mal Ihre Masse mal die Masse des Planeten, geteilt durch die Entfernung $ r $ span> von Ihnen zum Mittelpunkt des Planeten, im Quadrat.

Die Kraft, die Sie vom rotierenden Rad spüren, ist $ m_ {you} * \ omega ^ 2r $ span> (Ihre Masse multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit (im Quadrat) mal $ r $ span>, der Abstand von Ihnen zur Radmitte).

Angenommen, Sie befinden sich auf einem Planeten (der normalerweise einen sehr großen Wert von $ r $ span> hat - was bedeutet, dass Sie weit von seinem Zentrum entfernt sind ), und Sie sitzen, dann stehen Sie auf. Ihr Kopf hat sich von $ r $ span> Metern zu $ r + 1 $ span> Metern bewegt (Ihr Kopf ist jetzt 1) Meter weiter vom Zentrum des Planeten entfernt). Auf der Erde haben Sie sich also von ungefähr 6,4 Millionen Metern auf ungefähr 6,4 Millionen Meter bewegt ... plus eins! Dadurch ändert sich die Kraft auf Ihren Kopf, die wahrscheinlich viel zu gering ist, als dass Sie sie bemerken könnten.

Auf einem künstlichen rotierenden Rad haben Sie einen viel kleineren Wert von $ r $ span> (vorausgesetzt, das Rad ist viel kleiner als die Größe vonein Planet). $ r-1 $ span> Meter (denken Sie daran, wenn Sie im rotierenden Rad aufstehen, ist Ihr Kopf näher an der Nabe vondas Rad, also ist es eine Änderung zu $ r-1 $ span> anstelle von $ r + 1 $ span>wäre auf dem Planeten) könnte sich von $ r $ span> Metern unterscheiden, um etwas zu sein, das Sie fühlen, und wenn Sie viel Zeit dort verbracht haben oder dort geboren wurdenoder was auch immer, Sie würden sich daran gewöhnen, dass Dinge (wie Ihr Kopf) "leichter" sind, wenn Sie aufstehen.Wenn das dein "normales" wäre, könnte es sich für dich wirklich seltsam anfühlen, wenn das nicht in der Schwerkraft der Erde passiert.

Müssen solche Fahrzeuge nicht deshalb ziemlich groß sein?
Der Kunstbegriff für die Effekte, über die Sie sprechen, lautet [Gezeitenkräfte] (https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force).
@RonJohn Ja, aber es gibt eine Wirtschaft zu berücksichtigen.Z.B.Es wäre schön, wenn Reisen in den Weltraum keine so hohe Beschleunigung wie bei modernen Raketen erfordern würden, aber es ist wirtschaftlicher, einige Spezialisten für diese Beschleunigungen auszubilden, als Raketen mit niedrigeren Beschleunigungen zu fliegen.Auf die gleiche Weise würden die rotierenden Schiffe so klein wie möglich gebaut, um ein für die meisten Benutzer erträgliches Unbehagen zu vermeiden.Vielleicht würde noöne in einem Radius von 200 Metern die Rotation bemerken - aber 200 Meter sind ein ziemlich sperriges Schiff (und es würde sowieso nur am äußeren Rand funktionieren!).
Sie sollten auch berücksichtigen, dass "Widdershins ausgeführt werden", was Ihre Schwere erhöht.Der Effekt scheint mit der Quadratwurzel des Radius zu verkleinern, sodass er möglicherweise länger anhält als der Einfluss der linearen Höhenänderung.
@Luaan, zum Thema Wirtschaftlichkeit: Nur weil es einen Radius von 200 m hat, heißt das nicht, dass es einen Umfang von 1256 m haben muss ... Der Lebensraum könnte nur ein paar gleichmäßig gewichtete Kapseln auf einem 400 m langen Seil sein.
jamesqf
2018-11-11 23:18:54 UTC
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Für eine nicht technische Antwort erinnern Sie sich, als Sie ein Kind auf dem Spielplatz waren?(Ja, ich weiß, dass ich eine vielleicht parochiale Annahme mache.) Wenn Sie auf dem Karussell saßen (dies: https://en.wikipedia.org/wiki/Roundabout_(play)) und die anderen Kinder dazu gebracht, es sehr schnell herumzuschieben, konnte man fühlen, wie die "Schwerkraft" Sie nach außen zog.Aber weil Sie auch in einem engen Kreis herumgingen, schwappte die Flüssigkeit in Ihren Ohren herum und so wurde Ihnen schwindelig.

Skalieren Sie dies nun auf eine mittelgroße Raumstation.Möglicherweise haben Sie durch die Rotation noch einen gewissen Einfluss auf die Ohren (wie viel hängt von der Größe ab), aber weil Sie schon lange dort sind, hat sich Ihr Körper als normal daran angepasst.Wenn Sie zur "echten" Schwerkraft wechseln, verschwindet der Rotationseffekt, aber für Ihren Körper ist dies jetzt NICHT normal.

(Ob dies tatsächlich passieren würde, kann ich nicht sagen: AFAIK hat niemand versucht, aber es ist sicherlich plausibel genug für SF :-))

Die Entfernungsskala könnte so sein, dass die Rotationsrate sehr klein ist, beispielsweise einmal pro 24 Stunden.Ohrbezogene Effekte wären dann zu gering, um eine Rolle zu spielen.
@AndrewSteane Es hängt von zwei Dingen ab: 1) wie groß Ihr Lebensraum ist und 2) wie schnell er sich dreht.Je kleiner es ist, desto schneller muss es sich drehen, um 1 G Schwerkraft auf der Außenfläche zu erzeugen und ein steileres Gefälle zu verursachen (dh wenn Ihr Lebensraum einen Durchmesser von 12 Fuß hat, erfährt Ihr Kopf 0 G und Ihre Füße1 G; ein extremes Szenario).
@AndrewSteane eine Umdrehung pro 24 Stunden würde einen Radius von ~ 2 Millionen km für 1G erfordern
Karussells erzeugen eine Beschleunigung, die seitwärts geht - etwas, an das Ohren nicht gewöhnt sind.Schwerkraft und rotierende Raumschiffe bewirken eine Beschleunigung nach unten, wofür Ihre Ohren ausgelegt sind.Wie ist das wichtig?
Mein 24-Stunden-Beispiel war etwas extrem.Ein besseres Beispiel für das Timing wäre eine 90-minütige Drehung für eine Raumstation in Planetengröße.1 Minute Umdrehung für eine Raumstation im km-Maßstab.In diesen Fällen nicht viel Schwindel, denke ich.
trapper
2018-11-12 09:20:30 UTC
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Es ist unwahrscheinlich, dass Sie einen Unterschied bemerken, wenn das Raumschiff nicht ziemlich klein ist.

Zum Beispiel gibt es bei einem Radius von 50 m nur einen Unterschied von 2% zwischen 50 m und 49 m.In diesem Fall würde sich die Station mit 4,25 U / min drehen, um 1 G zu erzeugen

2% pro Meter sind ziemlich viel.Eine 2 m große Person mit einem Gewicht von 80 kg wird beim Aufstehen mit einer Kraft von 3 kg nach vorne geworfen, und die Vertikale, wie sie vom Innenohr wahrgenommen wird, variiert dabei um bis zu 18 Grad, je nachdem, in welche Richtung Sie in Bezug auf die Richtung blickenReise.Das sollte ausreichen, um zu stolpern oder zu fallen, wenn Sie erwartet haben, dass es in die eine und in die andere Richtung geht.
Ich kann mir nicht einmal vorstellen, welche Art von Mathematik Sie zu diesen Schlussfolgerungen geführt hat.
Sinus X approximiert X für kleines X, also multiplizieren Sie einfach Masse mit prozentualer Differenz für eine sofortige Approximation.Einfache.
Sie können Zahlen jedoch nicht einfach zufällig multiplizieren.3 kg sind keine „Kraft“, und Ihr Schwerpunkt im Stehen befindet sich auf Hüfthöhe und nicht 2 m über dem Boden.
Sie haben offensichtlich Recht, wenn kg keine Kraft ist, aber wenn die Rotation am Umfang 1 g erzeugt, ist die Masse am Umfang isometrisch mit dem Gewicht auf der Erde, also habe ich über das Gewicht von 3 kg auf der Erde gesprochen.
Arcanist Lupus
2018-11-12 02:25:36 UTC
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Das gleichzeitige Erleben von Rotationskräften und Schwerkraft in fester Richtung wäre seltsam.

Eine Person unter dem Einfluss der Schwerkraft erfährt eine konstante Beschleunigung. Eine Person in einem rotierenden Referenzrahmen erfährt eine konstante Beschleunigung , aber die Richtung ändert sich ständig.

Dies bedeutet, dass die Gesamtbeschleunigung, die Sie fühlen, ständig schwankt, wenn Sie beide gleichzeitig erleben und die Rotationsachse nicht parallel zur Schwerkraftrichtung ist. Dies entspricht mehr oder weniger der Tatsache, dass beim Schwingen eines Eimers an einem Seil in einem vertikalen Kreis die Spannung im Seil höher ist, wenn sich der Eimer in Bodennähe befindet, als wenn er sich oben auf der Schaukel befindet. P. >

Je nachdem, wie schnell sich Ihre Station dreht, kann sich die Übergangszeit wie eine Achterbahn anfühlen.

Der logische Weg zum Übergang von Referenzrahmen besteht natürlich darin, einen zu verlassen, Null-g einzugeben und dann den zweiten einzugeben. Das würde den Achterbahn-Effekt vermeiden. Aber wenn sie diesen Prozess übersprangen, konnte ich leicht Leute sehen, die während des Prozesses ihren Magen entleerten.

Entschuldigung, aber das ist falsch.Stellen Sie sich vor, Sie schwingen einen Eimer an einem Seil in einem * horizontalen * Kreis.
@Beta, gut, es hängt davon ab, in welche Richtung sich die Station dreht.Sie * könnten * den Übergang auf logische Weise ohne Achterbahnfahrt organisieren.Aber das musst du nicht.
Ich hoffe, Sie beziehen sich nicht auf die Ausrichtung relativ zu einem Planeten - die einzige lineare Beschleunigung auf der Station wäre auf ihren Translationsraketenmotor zurückzuführen.
Die Spannung an einem Seil an einem Eimer nimmt zu und ab, weil Sie auf einem Planeten stehen und dessen Gravitationsfeld erfahren.Das gilt in dieser Situation nicht.
_ "Natürlich besteht der logische Weg zum Übergang von Referenzrahmen darin, einen zu verlassen, Null-g einzugeben und dann den zweiten einzugeben." _ Warum sollte der Übergang wichtig sein, nachdem Sie sich in der Zentrifuge befinden?
Martin Hasa
2018-11-13 02:06:40 UTC
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Faust von allem, lassen Sie mich für den Beitrag entschuldigen, tatsächlich habe ich mich nur umgesehen und dies hat mein Interesse geweckt.

Meiner Meinung nach gibt es einen mechanischen Unterschied bei der Rotation betrifft Sie in diesen beiden Fällen (Sie drehen sich auf dem Planeten, während Sie nicht eingeschaltet sind Stangen). Auf der Planetenoberfläche zieht dich die Masse nach innen und zum Planeten Durch Drehen wird die auf Sie ausgeübte Kraft verringert. Auf der Station die Rotation funktioniert umgekehrt und erzeugt im Grunde genommen die Schwerkraft aus dem Nichts.

Ich wünsche Ihnen einen schönen Tag.

Um mich weiter zu erklären: Ich dachte, welchen Unterschied würde ich auf einer solchen Station fühlen? Die vertikale Bewegung ist eine Sache. Wie in den vorherigen Antworten angegeben, unterscheidet sich Delta g auf einem Meter für die Station im Vergleich zum Planeten. Ich nehme an, eine Bewegung auf dem Boden der Station würde sich anders anfühlen, wenn man gegen die Rotation geht. In diesem Fall ist meine Winkelgeschwindigkeit niedriger als sonst. Würde ich mich leichter fühlen, wenn ich in eine Richtung gehe? Könnte dies der verwirrende Faktor sein? Und so weiter.

Wie für den ersten Beitrag. Ich habe versucht, mich kurz und stark zu vereinfachen. Bitte verzeihen Sie mir auch, dass ich die englische Sprache geschlachtet habe. Ich bin kein Muttersprachler.

Mit freundlichen Grüßen.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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