Предположим, кто-то сконструировал сферу Бернала , похожую по конструкции на ту, что описана в этой статье и в этой статье в Национальном космическом обществе.
если это сфера, то нет, на «полюсах» кажущаяся сила тяжести будет ниже, чем на «экваторе», это линейно, поэтому, если вы уменьшите расстояние до оси вдвое, кажущаяся сила тяжести уменьшится вдвое. Вблизи полюсов гравитация также будет немного сбоку, но это легко решить с помощью террасообразной планировки.
Вы можете решить эту проблему, сделав сферу цилиндрической (или растянув сферу до более продолговатой формы), где сила тяжести будет постоянной на поверхности. Или вращая разные широты с разной скоростью.
Существует множество различных способов, при которых искусственная гравитация (испытываемое ускорение) не будет постоянной внутри вращающейся сферы. Нет никакого способа уменьшить эти несоответствия настолько, чтобы сделать их неразличимыми для людей (за исключением бесполезного тривиального случая замедления вращения и повсеместного уменьшения гравитации, чтобы люди не могли ее воспринимать).
Стоя внутри сферы, вы движетесь по кругу вокруг оси вращения. Этот круг самый большой на экваторе и постепенно уменьшается, пока не станет нулевым радиусом на полюсах. Поскольку время, затрачиваемое на один оборот, везде одинаково, на экваторе наблюдается максимальная гравитация, а на полюсах — нулевая.
Направление силы тяжести прямо от оси вращения. Это означает, что поверхность кажется горизонтальной на экваторе, но по мере того, как вы идете к полюсу, она становится круче, как если бы вы поднимались внутри чаши.
Стоя на внутренней поверхности сферы, вы чувствуете себя неподвижно, но на самом деле вы движетесь по кругу. Если вы идете или бежите в направлении, противоположном этому движению, вы будете весить меньше. Если вы будете двигаться в том же направлении, что и это движение, вы будете весить больше. Если радиус недостаточно велик, бег может сделать вас невесомым, так что вы потеряете контакт с полом и дрейфуете по воздуху. Увеличение радиуса увеличивает скорость, которую вам нужно достичь, чтобы стать невесомым, так что бег больше не является проблемой, но даже у большой сферы все еще будет эта проблема, когда вы приближаетесь к полюсам, и радиус уменьшается.
Это будет более серьезной проблемой, если транспорт с механическим приводом будет двигаться со скоростью, превышающей рабочую скорость. Если внешний радиус (экваториальный радиус) достаточен для предотвращения проблем на скорости движения, проблемы могут возникнуть вблизи полюсов или на высоких этажах зданий.
Чем ближе вы подходите к оси вращения (которая кажется выше вас), тем меньше вы весите. Это означает, что, когда вы стоите прямо, ваша голова испытывает меньшую гравитацию, чем ваши ноги. Чтобы этот эффект не был достаточно большим, чтобы вызвать дискомфорт, радиус должен быть достаточно большим, чтобы гравитация медленно менялась с высотой. Это проблема в сфере, так как радиус вращения уменьшается по мере приближения к полюсам.
Это также означает, что кто-то в здании на несколько этажей выше вас будет чувствовать себя легче, чем вы, направляясь к невесомости на оси вращения.
Эффект Кориолиса вызывает то, что ощущается как горизонтальное ускорение при движении к оси вращения или от нее (то есть во время процесса сидения или вставания, или при подъеме или спуске по лестнице или в лифте). Это в сочетании с кажущимся нисходящим ускорением создает кажущееся ускорение, которое больше не направлено прямо вниз. Ощущение такое, что пол уже не горизонтальный, как будто вдруг накренился.
По этой причине лифтам может быть разрешено раскачиваться, чтобы пол мог выровняться с временно наклоненной горизонтальной плоскостью во время подъема и спуска, возвращаясь в нормальное состояние при остановке.
Опять же, этот эффект уменьшается за счет увеличения радиуса.
В цилиндре вы можете просто сделать радиус достаточно большим, чтобы сделать эти эффекты слишком маленькими, чтобы вызвать проблемы. В сфере большая часть площади поверхности находится на меньшем радиусе вращения, приближаясь к нулевому радиусу, когда вы приближаетесь к полюсам, поэтому труднее избежать этих проблем, если вы не используете только поверхность ближе к экватору.
Даже если внешний вид конструкции сферический, было бы практичнее, чтобы все полы внутри были цилиндрическими, чтобы пол казался горизонтальным, где бы вы ни стояли.
Даже в этом случае люди на достаточно высоких этажах (ближе к оси вращения) будут испытывать дискомфорт и дезориентацию, во многих случаях сопровождающиеся тошнотой. Эти области могут быть ограничены научным использованием или хранением (или, возможно, с очень низкой арендной платой, если в вашей сфере есть экономика).
Этот ответ уже длинный, поэтому я не указал конкретные цифры. Если вы хотите узнать что-то конкретное, например, радиус или скорость вращения, при которой бег вызовет невесомость, или изменение веса на этаж, если внешний этаж представляет собой обычную земную гравитацию, а радиус равен миле, то их можно было бы спросить как отдельные вопросы.
Вращательная симуляция гравитации всегда направлена прямо в сторону от оси вращения, и изменить это невозможно. Так что, к сожалению, на второй вопрос нет ответа.
Что касается первого вопроса, то, по сути, чем дальше вы отходите от оси, тем сильнее становится смоделированная гравитация. У вас есть свободное падение прямо на оси, затем, по мере того, как вы удаляетесь дальше, сила становится все сильнее и сильнее.
Фил Фрост