Ответ таков: объекты над поверхностью вращающейся сферы по - прежнему ощущают некоторый кажущийся эквивалент гравитации, хотя чем выше они поднимаются, тем шатче становится эта кажущаяся гравитация.

Теперь есть два способа анализа этого типа проблемы: неинерционный способ и инерционный способ. При неинерциальном способе мы думаем о проблеме с точки зрения системы отсчета, которая вращается вместе с оболочкой, в то время как при инерциальном способе мы анализируем ее с точки зрения системы отсчета, которая не ускоряется (для определенности, скажем, система отсчета звезды). Неинерционный способ работает, вводя новые кажущиеся силы, которые возникают просто потому, что они не находятся в инерциальной системе отсчета — в частном случае вращающейся системы отсчета они известны как центробежная сила и сила Кориолиса. Этот способ анализа задачи очень удобен для выполнения вычислений, но мало что дает для физической интуиции, поэтому я объясню на основе инерциальной системы отсчета.

В инерциальной системе отсчета все движется по законам Ньютона, то есть все движется прямолинейно, если что-то не заставляет его этого не делать. Итак, подумайте о проблеме человека, стоящего внутри сферы и прыгающего. Если бы объекты, находящиеся не на поверхности, не чувствовали бы действенной силы, притягивающей их к сфере, мы бы ожидали, что наш несчастный гражданский будет дрейфовать к солнцу, как только он оторвется от земли. Однако этого не происходит. Чтобы понять почему, обратите внимание, что наш испытуемый изначально не сидит неподвижно относительно нашей инерциальной системы отсчета — он движется вместе с поверхностью сферы. Таким образом, как только он перестанет соприкасаться со сферой, он начнет двигаться прямолинейно в нашей инерциальной системе отсчета. Обратите внимание, однако, что сферы не являются прямыми. Так что, в конце концов, он снова столкнется со сферой, процесс, который с его точки зрения выглядит как действующая гравитация, притягивающая его к сфере. Это эффект центробежной силы, если бы мы вместо этого анализировали его из неинерциальной системы отсчета.

Теперь помните, что ранее я сказал, что кажущаяся гравитация становится более шаткой, когда вы прыгаете выше? С инерциальной точки зрения это связано с тем фактом, что круги выглядят как параболы, если вы приближаетесь к ним близко, но не при достаточном отдалении. Между тем, с неинерционной точки зрения, это связано с силой Кориолиса. Однако каким бы образом вы ни решили это проанализировать, точный ответ о том, насколько шаткой становится гравитация, зависит от того, насколько быстро вращается сфера, насколько она велика и как высоко вы поднимаетесь. Если у меня будет больше времени позже, я объясню/проанализирую вашу проблему более подробно.

Надеюсь, это поможет!

ПРИЛОЖЕНИЕ: Фактические расчеты

Во-первых, я хотел бы уточнить, что то, насколько шаткой становится ваша псевдогравитация (то есть сила Кориолиса), на самом деле зависит от скорости, а не от того, как высоко вы поднимаетесь. Причина, по которой я сказал, что это зависит от того, насколько высоко вы поднимаетесь, заключалась в том, что для объекта, движущегося по баллистической траектории (например, прыгающего человека), перемещение выше = большая скорость и больше времени для действия силы Кориолиса, а значит, большее перемещение. Теперь центробежная сила варьируется в зависимости от высоты, но 1 а.е. настолько смехотворно велика, что она будет постоянной во всех смыслах и целях.

Теперь о реальных цифрах: исходя из ваших спецификаций$r = 1$Австралия,$a_{centrifugal} = 9.8 m/s^2$и уравнение для центробежного ускорения$a_{cent} = \mathbf{- \omega \times (\omega \times r)}$, мы находим, что величина необходимого углового ускорения равна

$$|\omega| = 8.1 * 10^{-6} s^{-1}$$ что соответствует периоду вращения около 9 дней. К счастью, это приводит к тангенциальной скорости «всего» $0.004c$, поэтому мы можем игнорировать релятивистские эффекты. Теперь уравнение для ускорения, вызванного эффектом Кориолиса в неинерциальной системе отсчета кольца, имеет вид $$a_{cor} = -2 \mathbf{\omega \times v}$$ куда $\mathbf{v}$это скорость вашего объекта, как видно во вращающейся рамке. Обратите внимание, что это означает $$|a_{cor}| \leq 2\mathbf{|\omega||v|}$$ Теперь я предполагаю, что противодействие силе Кориолиса для чего-то вроде птицы или сверхчеловека было бы практически незаметным, если бы $a_{cor}$были меньше, чем $0.01 m/s^2$. Собрав все это вместе, мы находим, что сила Кориолиса не играет большой роли для вещей, способных генерировать собственное движение, пока $$|\mathbf{v}| < 616 m/s$$ что довольно быстро. Теперь для объектов на баллистической траектории, которые не могут маневрировать, чтобы противостоять силе Кориолиса, эффекты могут суммироваться по-разному. Для приблизительного представления о том, сколько это будет, обратите внимание, что на земле $$|\omega_{earth}|=7.3\times10^{-5} s^{-1}$$ Так, на снаряды сила Кориолиса будет воздействовать несколько меньше (их посадочное водоизмещение будет меньше примерно в $\sqrt{10}$), чем на Земле.

В качестве последнего анализа/шумового убийства я просто хочу отметить, что это кольцо, вероятно, очень легко разорвется на части. С угловыми скоростями и радиусом, о которых вы говорите, и при условии прочности материала на растяжение$100GPa$, что примерно равно углеродным нанотрубкам, мы находим, что необходимая плотность материала кольца должна быть меньше, чем$68 g/m^3$чтобы кольцо не порвалось. Это ничего . Газообразный водород более плотный.

Это неотличимо от гравитации Земли

Центробежное ускорение на объекте равно

$$\mathbf{a} = \left[\frac{d^2\mathbf{r}}{dt^2}\right] + \frac{d\omega}{dt}\times\mathbf{r}+2\omega\times\left[\frac{d\mathbf{r}}{dt}\right]+\omega\times\left(\omega\times\mathbf{r}\right).$$

Если предположить, что интересующие нас частицы находятся на постоянном расстоянии от звезды ($\mathbf{r}$), то первое и третье слагаемые равны нулю. Если предположить, что скорость вращения постоянна, то второй член равен нулю. Это оставляет

$$\begin{equation}\mathbf{a} = \omega\times\left(\omega\times\mathbf{r}\right). \end{equation}$$

Чтобы ощутить силу, эквивалентную силе тяжести на поверхности Земли ($g = 9.8$РС$^2$), мы решаем

$$9.81 = \omega\times\left(\omega\times1 \text{ AU}\right).$$

Теперь это сильно зависит от полярного угла интересующего местоположения. Приведенное выше уравнение справедливо только на экваторе. При других углах центростремительное ускорение будет меньше! Предположим, что вы хотите 1$g$на экваторе и меньше к полюсам. С$1 \text{AU} = 1.496\times10^{11}\text{ m}$, мы можем решить для$\omega = 8.1\times10^{-6}$радиан/сек для достижения экваториальной центростремительной силы, эквивалентной земной гравитации. Это означает, что сфера Дайсона должна вращаться вокруг Солнца каждые 775 909 секунд; около 9 дней. Это довольно быстро, но поскольку это сфера Дайсона, я предполагаю, что материальная структура справится с этим.

Теперь, чтобы ответить на ваш конкретный вопрос, какой будет центростремительная сила над поверхностью. Допустим, мы на 10 км выше экватора; что выше горы Эверест. Это влияет$\mathbf{r}$; расстояние от солнца. Расстояние от солнца до поверхности равно$1.496\times10^{11}\text{ m}$. Отняв от этого 10 000 метров, мы получим....$1.496\times10^{11}\text{ m}$. По сравнению с 1 а.е. любая высота, к которой мы могли бы привыкнуть на Земле, не имеет значения.

Заключение

Путешествие в воздух над сферой Дайсона, предназначенной для имитации гравитации с центробежной силой на экваторе, не оказывает заметного влияния на гравитацию.

Короткий ответ: птицы почувствуют вашу псевдогравитацию.

Длинный ответ включает в себя понимание ситуации с преобразованиями координат.

Простейшей системой для исследования является инерциальная система, в которой система координат фиксирована. В этой системе координат кажется, что кольцо Дайсона вращается с высокой скоростью. Объекты движутся прямолинейно, если на них не действуют силы. Один из способов воздействия на них — это физический контакт с кольцом. На них также могут быть наложены силы с воздуха. Но какие силы действуют в самом воздухе? На этот вопрос немного сложно ответить в инерциальных системах. Это можно сделать, но будет проще, если мы изменим ситуацию.

Рассмотрим вращающуюся систему, которая вращается с той же скоростью, что и поверхность кольца Дайсона. В этой системе координат кольцо Дайсона кажется неподвижным, точно так же, как земля под нашими ногами кажется твердой и неподвижной. Теперь это просто преобразование координат. Мы не занимались физикой в ​​этом процессе. Все, что мы делали, это смотрели на вещи по-другому.

Зачем так смотреть на вещи? Ну, они облегчают некоторые расчеты. Подумайте об окружающей среде, которую вы представляете для своего кольца. У вас есть «земля» с атмосферой внутри. Эта атмосфера притягивается к земле точно так же, как земная атмосфера притягивается к поверхности планеты. Это удобно. Вероятно, вам нужна «знакомая» среда, в которой земля ведет себя так, как мы ожидаем от нее, воздух ведет себя так, как мы ожидаем от воздуха, а птицы ведут себя так, как мы ожидаем от птиц. Мыслить в этой вращающейся системе координат очень естественно.

Теперь есть цена просмотра мира через вращающуюся систему отсчета. Уравнения движения другие. Знаменитые уравнения движения, выдвинутые Нетвоном (например, «все объекты движутся по прямой линии, пока на них не воздействуют»), верны только в инерциальных системах отсчета. Если мы находимся во вращающейся системе отсчета, математика меняется. Если не вдаваться в уродливые математические подробности, то проявляются эффекты Кориолиса и центростремительные/центробежные эффекты. центробежные эффекты - это то, что вы используете для своей гравитационной силы. Их называют «псевдосилами», потому что на самом деле они не являются силами, но они влияют на уравнения движения точно так же, как силы.

Ключевым выводом из этого является то, что центробежные ускорения всегда присутствуют во вращающейся системе координат. Таким образом, это повлияет на ваших птиц и тому подобное, независимо от того, касаются они поверхности или нет. Пока они вращаются с той же скоростью, что и кольцо, вы увидите эти эффекты.

Эти центробежные эффекты масштабируются скоростью объекта в неподвижной системе отсчета относительно вращения системы отсчета. Другими словами, для Земли скорость Восток/Запад приводит к центробежным эффектам, а скорости Север/Юг – нет.

Если ваша птица не двигалась вместе с кольцом, действуют те же законы, но они становятся более мутными. Если бы ваша птица «стояла неподвижно» в инерциальной системе отсчета и наблюдала, как кольцо проносится мимо нее, эта птица не испытывала бы никаких центробежных сил. Его скорость "Восток/Запад" равна 0. Ваша псевдогравитация будет неэффективной. Однако эта птица также будет подвергаться воздействию огромных сил ветра, поскольку кольцо и столб воздуха вращаются. По мере того, как эти силы ветра тянут его «на запад» в направлении вращения, его скорость будет увеличиваться, и он начнет ощущать псевдогравитацию.

Эту же историю можно увидеть и в инерциальной системе отсчета. В этом кадре птица держится неподвижно, и ее бьют силы ветра, которые ускоряют ее.

Да.

Вот мои предположения:

• Как указано в вопросе, у вас есть кольцо Дайсона с радиусом 1 а.е., вращающееся достаточно быстро, чтобы любой, кто стоит на внутренней поверхности, испытал внешнее центробежное ускорение на 1 g (в любой системе отсчета, вращающейся с кольцом, конечно ), таким образом имитируя земную гравитацию на уровне моря.
• На краях кольца есть стены, направленные внутрь, чтобы атмосфера не вытекала наружу, а на внутренней поверхности кольца существует функционирующая экосистема.

Столб атмосферы, снятый с внутренней поверхности по направлению к Солнцу, будет очень похож на столб атмосферы Земли, снятый с поверхности вверх. Он наверняка будет иметь такой же профиль плотности и, вероятно, аналогичный состав и температуру на каждой высоте. Основное различие будет заключаться в том, как солнечный ветер взаимодействует с атмосферой и магнитным полем кольца, что полностью зависит от того, как настроено магнитное поле кольца. Его нужно было бы установить искусственно; Магнитное поле Земли возникает из-за магнитогидронамических махинаций в расплавленном внешнем ядре, в то время как у мира-кольца вообще нет ядра. Поэтому я ничего не могу сказать о полярных сияниях или ионосфере кольцевого мира, за исключением того, что вы, вероятно, можете настроить их так, как хотите.

Птицы, летящие на больших высотах, на самом деле будут испытывать большую гравитацию, чем на тех же высотах на Земле, но ненамного. Сила тяжести Земли уменьшается пропорционально квадрату отклонения от центра планеты; кольца будут линейно уменьшаться от внутренней поверхности к центру кольца. Однако эти эффекты настолько незаметны, что ни одно живое существо никогда не сможет обнаружить их без специального оборудования: гравитация Земли составляет 9,8 м/с^2 на уровне моря и около 8,7 м/с^2 на высоте Международной Космическая станция. Оно не сильно уменьшится, а в мире-кольце уменьшится еще меньше.

Тонкие различия между земной атмосферой и атмосферой кольца будут затронуты определенными видами погодных явлений. А именно ураганы. На Земле ураганы вращаются, потому что Земля вращается, в результате чего воздух ближе к экватору движется на восток быстрее, чем воздух ближе к полюсам. Когда этот воздух движется к ячейке низкого давления в центре будущего урагана, кажется, что воздух, идущий ближе к полюсу, отталкивается на запад, потому что земля под ним движется на восток быстрее, а воздух, поступающий из более близкого к экватору, по-видимому, смещено на восток, потому что имеет большую скорость на восток, чем медленнее движущаяся земля под ним. Это эффект Кориолиса.

Теперь, поскольку ваш кольцевой мир является цилиндром, а не сферой, эффект Кориолиса никак не повлияет на воздух, движущийся по внутренней поверхности, и поэтому вы не получите ураганов. Небольшие вращающиеся погодные явления, вызванные ветровыми потоками, движущимися в разных направлениях, такие как торнадо и пылевые вихри, конечно, но не ураганы.

Подожди. Попробуйте спросить

Когда Земля вращается, вращается ли вместе с ней атмосфера?

Я имею в виду, что если бы атмосфера не вращалась вместе с землей, то добраться до США из Европы было бы очень быстро . По мере подъема атмосфера будет замедляться и замедляться (ускоряться и ускоряться относительно поверхности), и будет хороший ветер со скоростью 800 миль в час, чтобы пересечь Атлантику. Возвращение было бы отстойным.

Так не бывает. Почему бы нет? Вращение земной поверхности увлекает за собой атмосферу из-за эффекта земли . То же самое происходит с самолетами, которые находятся в пределах длины крыла от земли, за исключением того, что Земля имеет диаметр 8000 миль.

Земному воздуху не нужен эффект земли, чтобы оставаться на месте. Так или иначе; Земля сохранила бы свою атмосферу благодаря своей реальной гравитации. Ваш кольцевой мир не будет . Центростремительная сила — это все, что у него есть, поэтому, если бы эффект земли не увлек за собой атмосферу, на атмосферу не действовала бы центростремительная сила, и она бесконечно расширялась бы в космический вакуум. Атмосфера будет потеряна.

Таким образом, вы можете считать справедливым предположение, что воздух движется вместе с кольцом.

---

Аэродинамические силы определяются вашей скоростью относительно воздуха. Поскольку воздух в кольце должен двигаться вместе с ним (или теряться), а это в любом случае ожидается из-за эффекта земли... воздушная скорость самолета будет примерно равна его поверхностной скорости по кольцу (будут струйные течения и тому подобное, но, вероятно, в пределах 150 узлов, если карты Земли вообще совпадают.)

Некоторые здесь говорят, что для создания центростремительной силы в 1,0G мир-кольцо должен вращаться с поверхностной скоростью 1,2E+06 м/сек или 2 330 000 узлов. Так что, если бы вы были в воздухе, вас бы уносило вместе с воздухом аэродинамические силы. Это означает, что вы будете двигаться почти со скоростью (в пределах сотен узлов) поверхности.

Что произойдет, если птица сложит крылья? Она будет двигаться по прямой и испытывать нулевое ускорение. К сожалению, кольцевой мир движется не по прямой. Поверхность движется почти параллельно ей со скоростью 1,2 миллиона метров в секунду, но слегка изгибается к ней, и траектории пересекаются с разницей скоростей около 100 метров в секунду. Ой. Птица поступила бы очень мудро, если бы раскрыла свои крылья и использовала их для создания подъемной силы около 1 G от поверхности мира-кольца, которая удержала бы ее на высоте. Как и на Земле.

Самолеты не испытывают силы тяжести. Они испытывают подъемную силу, которая удерживает их от удара о землю.

Причина, по которой земля наклоняется к вам, отличается от земной, но ответ тот же: подъем. Tiger Moth, Osprey или B777-200 будут летать примерно так же, как Земля. Они могли бы даже стрелять по категории 3, если бы владелец мира-кольца соответствовал оборудованию.

Как работает гравитация

Самый простой способ определить гравитацию без математики — сказать, что это фактор массы двух объектов и их расстояния друг от друга. Кольцо размером в 1 а.е. в любом случае будет иметь собственный гравитационный эффект. Я не совсем уверен, каковы другие измерения этого кольца или из чего оно в основном сделано, но это объект, масса которого во много раз превышает массу нашей планеты. Очевидно, что это кольцо, а не твердая сфера, поэтому на самом деле нет никакого гравитационного «центра», к которому можно было бы ускоряться, как у сферы. Это делает вычисление того, какова именно эта гравитационная сила из-за чистой массы на самом деле в любой заданной точке внутри кольца, мне немного не по силам.

Центробежно созданная псевдогравитация

В псевдогравитации ускорение происходит из-за центробежных сил, а не из-за эффекта деформации, который масса оказывает на пространство-время. Допустим, для мысленного эксперимента нет атмосферы, наблюдатель, дрейфующий от центра к внутренней поверхности кольца, будет подобен нахождению внутри гигантского вращающегося обруча. Кольцо будет вращаться с огромной скоростью, пока вы будете двигаться к нему по прямой линии. Добавьте атмосферы, и все станет..... грязным. Вы будете двигаться вперед с заданной скоростью и начнете испытывать сопротивление атмосферы под углом 90 градусов к вашему движению вперед, которое составляет несколько тысяч миль в час. Наиболее целесообразно рассчитать скорость и угол наклона кольца при приземлении или, что еще лучше, сопоставить его скорость и вращение снаружи и просто не иметь дело с атмосферным входом в атмосферу. Пока объект, движущийся к кольцу из центра, связанного с поверхностью, и не будет доведен до той же скорости, с которой вращалось кольцо, не будет испытывать ту же псевдогравитацию, что и все остальное. Этот эффект не применяется к объектам, уже находящимся на кольце и вращающимся вместе с ним, и атмосфера, вращающаяся вместе с кольцом, также будет играть большую роль в повышении скорости вращения указанного объекта. Подумайте о жонглере в поезде: когда он начинает жонглировать своими предметами, они не перемещаются внезапно к задней части поезда, как только покидают его руку. Это потому, что они сохраняют ту же скорость, которую сообщает им поезд, и движутся с той же скоростью относительно поезда. Они не Просто внезапно перестать иметь скорость, потому что они не касаются поезда, верно? Вот почему вы можете что-то бросить или уронить в реактивном самолете, и это не ударит о заднюю часть салона на скорости 340 миль в час.

Так что парень, прыгающий вверх-вниз, или подбрасывающий мяч, или летящая птица, на самом деле ничего не заметит. «Но что, если они пойдут в направлении, противоположном вращению, и потеряют скорость?» Вы можете спросить. Что ж, поскольку кольцо должно вращаться со скоростью тысячи километров в час, чтобы адекватно имитировать ускорение -9,8 м/с равномерно по всему кольцу, вам придется двигаться в противоположном направлении, по крайней мере, с этой скоростью, чтобы компенсировать центробежные эффекты. Прыжок вверх или даже управление меньшим более медленным самолетом не приведет к достаточной разнице в этой скорости, чтобы действительно иметь большое значение, за исключением, возможно, необходимости учитывать ее в чрезвычайно быстрых транспортных средствах.

А как насчет движения к центру ринга? Разве скорость вращения круглых объектов не увеличивается по мере продвижения к центру? Не повлияет ли это на ощущение псевдогравитации? Опять же, поскольку это такой поистине огромный объект. В радиусе 1 а.е. вам нужно будет переместиться достаточно к центру, чтобы покинуть атмосферу, прежде чем вы начнете ощущать какую-либо заметную разницу по сравнению с тем, что ощущается на поверхности. Птицам, пчелам, людям и бейсбольным мячам не грозила бы опасность улететь в космос, если бы вы не нашли действительно занимательный способ разогнать их до невероятных скоростей и на большие расстояния.

Атмосфера

Это немного сложно, так как атмосфера не является твердым объектом при ускорении. Самый простой способ сделать это — заключить все это в замкнутое пространство, а не полагаться только на центробежные силы, удерживающие его внутри. Лучше всего подойдет трубка под давлением, такая как гигантская внутренняя труба, поскольку тогда вы можете гарантировать, что атмосферное давление будет более или менее стабильным. равномерный на всем протяжении. Вам также необходимо ограждение для противодействия воздействию солнечного ветра. Каким-то образом преодоление того факта, что эффекты сопротивления на поверхности и в верхней части атмосферы не будут одинаковыми, вам также придется беспокоиться о том, что солнечный ветер сорвет вашу атмосферу. Честно говоря, я думаю, что полностью закрытая кольцевая трубка под давлением была бы лучшей идеей. Может быть, менее драматично, чем открытое колесо в стиле Halo, но Halo также использует придуманные, неправильно использованные,

Итак, представьте объект, который находится на высоте 100 метров в этом мире.

Простая путаница здесь между

• (A) объекты, которые "телепортируются". в своем мысленном эксперименте представьте, что в этот момент «просто появляется» скала (и, скажем, пока атмосферы нет).

• (B) объекты, которые просто являются постоянной частью системы. Итак, птичка родилась на ринге, научилась летать и случайно взлетела на 100 метров вверх.

В случае «А», как подозревает ОП, абсолютно отсутствует эффект «подобной гравитации на Земле». Ничего, ноль.

В случае «Б» ЕСТЬ эффект «подобной гравитации на Земле». Для птицы это точно так же, как быть на Земле. Никакой разницы.

Примечание: все, что я говорю, не имеет абсолютно никакого отношения к атмосфере . Представьте это как полный вакуум для ясности.

Обратите внимание, что комментарий под ответом прекрасно объясняет это:

«более глубокий момент здесь заключается в том, что не каждый человек интуитивно осознает, что он был частью вращающейся системы (то есть взаимодействовал с ее компонентами), что приводит вас в состояние, когда вещи ощущаются как гравитация, как мы обычно ее ощущаем»

Это суть вопроса ОП.

---

Путаница в отношении атмосферы. Обратите внимание, что вы все равно не можете телепортироваться — нет такой вещи, как волшебное мгновенное смещение вашего импульса.

Но скажем, на Земле кто-то телепортировался в место на высоте 500 м над поверхностью, и человек двигался с огромной скоростью, скажем, 1000 км/ч в одном направлении (на север, что угодно, не имеет значения).

Что случилось бы? Этот телепортирующийся человек испытал бы на себе невероятные силы из воздуха и быстро бы «замедлился» (фактически сравнявшись со скоростью поверхности Земли ), а затем упал бы на Землю.

Интересно , что точно то же самое происходит на Кольце , если кто-то странным образом телепортируется с несоответствующей скоростью.

Краткий ответ:

По иронии судьбы в такой системе, чем выше поднимается птица, тем сильнее сила будет толкать ее наружу.

Почему? Кольцо Дайсона представляет собой жесткую структуру, которая при массе в 1 а.е. должна иметь скорость 1200 км/с, чтобы достичь 1g. На расстоянии 1 а.

Итак, кольцо НЕ находится на орбите. Если его разбить на части, он улетит прочь от Солнца, хотя снова упадет на эллиптическую орбиту, поскольку скорость убегания от Солнца на расстоянии 1 а.е. составляет около 40 000 км/с.

Таким образом, кольцо, воздух в кольце, птица и все остальное в кольце движется со скоростью 1200 км/с и, следовательно, пытается улететь от солнца, этому препятствует только жесткая структура кольца. Это буквально источник кажущейся гравитации: все на кольце должно следовать по высокоэллиптической орбите из этой точки, но жесткая структура заставляет его совершать круговое движение вокруг Солнца.

Чтобы избежать этого эффекта, объекты должны были бы замедляться в направлении, противоположном движению колец: Если бы птица покинула атмосферу, а затем использовала бы ракеты, чтобы разогнаться назад до 1170 км/с (относительно кольца (и воздуха) внизу) по иронии судьбы, он просто будет находиться на стабильной орбите вокруг Солнца с таким радиусом, поскольку орбитальная скорость Земли вокруг нашего Солнца составляет 30 км/с. Любая скорость между этим и 1200 км/с, и он начнет снижаться к солнцу, потому что по отношению к солнцу эти скорости будут меньше 30 км/с и, следовательно, недостаточны для поддержания круговой орбиты на таком расстоянии.

Если бы вы встали на поверхность кольца, вы бы испытали гравитацию — или, по крайней мере, ее эквивалент по ускорению, от которого вы не могли бы легко ее отличить.

Если бы вы затем прыгнули прямо вверх, вы, скорее всего, продолжали бы испытывать эту гравитацию, потому что (а) поскольку вы изначально вращались вместе с кольцом, вы просто продолжали бы это делать, и (б) кольцо создает сцепление с атмосферой, вызывая что и все в нем вращаться также.

Исключением является то, что если вы бежите против направления вращения, а затем подпрыгиваете — вы сведете на нет прямые эффекты кольца, но все еще есть атмосфера, о которой нужно беспокоиться. (Однако, если бы вы могли бегать достаточно быстро, вы могли бы свести на нет силу «гравитации», даже не покидая поверхности.)

Для наблюдателя, сидящего в кресле на ринге, если бы вы подпрыгнули прямо вверх, вы бы просто снова упали (с его точки зрения). Но если бы вы могли подпрыгнуть после противодействия эффекту вращения и каким-то образом заставить атмосферу проходить мимо вас без какого-либо эффекта, вы бы просто продолжали лететь прямо вверх с точки зрения звездного наблюдателя. Под сидерическим наблюдателем я подразумеваю кого-то на космическом корабле, который не движется вместе с кольцом. (Вы можете возразить, что это ваше «реальное» движение, если смотреть «сбоку» — «реальное» + «боковое» = «звездное».)

Конечно, если бы вы могли сделать это, вы бы направились прямо к солнцу без возможности развернуться. Упс.

Я вижу три варианта:

• Птица находится на стабильной орбите примерно того же диаметра, что и кольцо. Поверхность будет проходить под ним довольно быстро. (Это не сработает, если в кольце есть атмосфера, например, удерживаемая боковыми стенками.) Оно кажется невесомым.
• Птица находится в диаметре, но не на стабильной орбите. Он чувствует себя невесомым.
• Птица движется со скоростью, превышающей орбитальную, как и остальная часть кольца и атмосфера над ним. Он не чувствует себя невесомым.

Когда вы стоите на вращающейся поверхности (зеленый шар на картинке), чтобы имитировать гравитацию, воспринимаемая кажущаяся гравитация возникает из-за центростремительного ускорения, позволяющего совершать круговые движения в сочетании с инерцией вашего тела.

Теперь представьте, что вы помещаете объект в круг, но он находится в контакте со стенками круга и находится в покое относительно поступательной скорости кольца: будет ли он испытывать центростремительную силу? Нет, потому что нечем его передавать. Поэтому объект не будет воспринимать кажущуюся гравитацию.

Из первого закона Ньютона следует, что красный объект будет продолжать свое движение, пока на него не подействует сила.

Я думаю, что здесь не хватает некоторых принципов. Когда мы неподвижны на Земле, мы на самом деле вовсе не стационарны... только по отношению к поверхности, но то, что составляет 0 единиц скорости на планете Земля, на самом деле равно скорости вращения планеты. На экваторе это около 460 м/с. Итак, если бы Земля остановилась мгновенно, как через 10 ^-60секунды или абсолютный 0 секунд, вас бы отбросило от планеты со скоростью вращения. Когда время для остановки такое короткое, вы не замедлитесь. Это как быть на карусели, и она раскрутилась очень-очень быстро, вас выкинет. Если бы планета мгновенно перестала вращаться, а гравитация мгновенно остановилась, то теоретически вас бы отшвырнуло прочь. Теперь в космосе не будет никакого существенного трения, которое могло бы вас замедлить. Никакого аэродинамического сопротивления. Конечно, земная гравитация не совсем такая, как во вращающемся кольце, как искусственная гравитация за счет центробежной/центростремительной силы, а по массе, но даже тогда, если планета и ее ядро ​​внезапно схватятся, это будет некрасиво, потому что в любом случае, простая гравитация Земли без вращения была бы близка к нулю... недостаточно, чтобы уберечь вас от выброса с поверхности в открытый космос. Быть на вращающемся кольце было бы похоже на карусель. Нет, нужно учитывать массу кольца.

Вращающаяся оболочка сферы Дайсона будет иметь потенциально огромную массу, чтобы на самом деле иметь гравитацию, и если она даже вращается, у нее потенциально будет гравитационное поле. Неясно, будет ли у мира-кольца достаточно массы, но теоретически это возможно, если у вас есть материал для его создания. Помимо практичности, если бы материал был собран, очищен и т. д. для развитой цивилизации (и энергии для развития), то теоретически возможно создание мира-кольца с массой на 10 000 кубических километров, сравнимой с массой Марса или Земля, было бы теоретически, что у вас будет гравитационная сила, но в этом случае вам может понадобиться кольцо, чтобы вращаться вокруг орбиты звезды в середине, по крайней мере, где-то в области скорости вращения Земли. Возможно, это должно быть немного быстрее, но я не могу придумать точную сумму, но вы' Если смотреть на скорость вращения в этом масштабе, она подобна земной. По крайней мере, мы говорим о кольце, имеющем радиус 1 а.е. и диаметр 2 а.е. Проблема с кольцом или, возможно, даже с базовой классической сферой Дайсона будет заключаться в том, что внешняя сторона может иметь очень небольшую гравитацию, потому что вы начинаете находиться в ситуации, когда вас может отбросить, если вы отпустите карусель.

Теперь, если вы попытаетесь управлять шаттлом и замедлите свой шаттл до нулевой разницы скоростей с вращением Земли, проблема в том, что, когда вы летите к планете, предполагаемая точка посадки уже сместилась (повернута ). Да, вы врежетесь в планету или, возможно, приземлитесь или разобьетесь. Вопрос где? Это может быть не взлетно-посадочная полоса, поэтому вам придется направить шаттл в подходящее место для посадки. Если ваш план состоял в том, чтобы прыгнуть на быстро вращающуюся карусель в том месте, к которому вы изначально стремились, хорошая перемена в том, что вы промахнетесь.

Попасть в дверной проем / проход вращающейся сферы Дайсона снаружи во внутреннее пространство может быть непросто. Также может быть сложно приземлиться в определенном месте на кольце Дайсона, потому что вам нужно будет приближаться почти параллельно и постепенно сходиться, но вам понадобится правильная соответствующая скорость, что означает, что вам нужно быть немного быстрее и начните постепенно замедляться, чтобы соответствовать или иным образом иметь возможность приземлиться, не будучи слишком быстрее или медленнее. М/с быстрее или медленнее не обязательно убьет вас, но скажем... 100 м/с быстрее или медленнее может означать катастрофическую аварию. 100 м/с - это, по сути, авария на скорости 224 мили в час... либо вы врезаетесь во что-то перед вами, либо что-то позади вас врезается в вас. Самолет может совершить такую ​​посадку на такой скорости, если вы будете немного быстрее, если у вас есть свободная взлетно-посадочная полоса для посадки. Однако, если перед вами есть что-то неподвижное, то это будет похоже на посадку самолета на дорогу с тупиком и большой структурой, похожей на здание, на вашем пути прямо в конце дороги. Если вы не сделаете остановку вовремя, вы разобьетесь.

Я не уверен, как воздух будет содержаться во вращающемся кольце, образуя атмосферу. Не уверен, что это будет совсем как на Земле. Средства сохранения атмосферы Земли должны быть воспроизведены каким-либо подходящим образом. IIRC: Магнитосфера Земли, по крайней мере, частично отвечает за то, как Земля сохраняет свою атмосферу. Это большое магнитное поле. Нам пришлось бы производить эквивалент вокруг и вдоль кольца с помощью ряда генераторов магнитного поля, но в настоящее время нет доступных средств в существующих технологических и промышленных возможностях человека, чтобы сделать что-либо подобное. Это что-то вроде расы, которую можно было бы описать как цивилизацию Типа II по шкале Кардашева или где-то в этом направлении, чтобы даже быть в состоянии предпринять такое усилие.

Это хороший вопрос, на который я понятия не имею, как ответить, в частности, теперь я знаю, каков на самом деле ответ . Я знаю, что дизайн Кольца Нивена требует стен, чтобы атмосфера не выплескивалась в космос.

Вот мое лучшее предположение об ответе:

• Дело в том, что «гравитация», испытываемая любым объектом, подверженным вращению, зависит от скорости, с которой он движется.

• Дело в том, что нижняя атмосфера будет вращаться вместе с кольцом из-за трения о его поверхность.

• на самом деле, энергия, полученная за счет трения, не собирается распространяться очень далеко по вертикали через столб воздуха, на Земле мы видим эффекты трения только в нижних 300 или около того метрах атмосферы.

Предположим, нижние слои атмосферы и все, что в ней находится, будет испытывать по существу ту же псевдогравитацию, что и сама поверхность, но поскольку эта гравитация определяется скоростью, она будет относительно быстро рассеиваться с высотой. Также будет плотность атмосферы, ниже которой эффект гравитационного «спада» заметно ускоряется.

Короче говоря, что-то на высоте сотни метров, вероятно, будет испытывать такую ​​же, если не чуть большую гравитацию, как мы могли бы ожидать от планеты, но на километре или больше оно замедлится настолько, относительно звезд, что перестанет испытывать гравитационные силы быстрее, чем на Земле. планета. Таким образом, на вращающейся мегаструктуре атмосфера будет истончаться быстрее на высоте, чем на планете.

Я советую всем, кто занимается строительством мегасооружений, прочитать эссе Ларри Нивена « Больше, чем миры» полностью в качестве учебника, в нем много полезных заметок.