Как быстро Луна (Луна) должна вращаться, чтобы любой, кто живет в лунных подземных местах обитания, испытал гравитацию, подобную земной?

Это ваше уравнение. Давайте конкретизируем это.

m - масса человека в килограммах. Назовем это 75 кг (около 165 фунтов).

F — это сумма веса человека на Земле и веса человека на (невращающейся) Луне в ньютонах. Это связано с тем, что центростремительная сила из-за вращающейся планеты (или луны) будет действовать в направлении, противоположном гравитации этой планеты (или луны). Назовите это 735 Н в земном весе, что чуть больше 120 Н в лунном весе (достаточно близко). F = 855 Н.

r — радиус вращения в метрах. Радиус Луны составляет около 1738100 метров на экваторе, где мы будем строить нашу базу для максимальной скорости. r = 1738100 метров.

Теперь нам просто нужно решить для скорости:

Подставляем в наши переменные:

И решить:

Окружность Луны составляет 2×π×радиус, или 10920804 метра. Итак, наша Луна совершала бы один оборот каждые 10920804/4451 секунды = 2453 секунды. Это примерно один раз за 40,89 минуты.

Это не так уж неразумно, правда? Но вот загвоздка. Все, что находится на экваторе этой Луны на внешней поверхности и движется со скоростью экватора, будет выведено на орбиту. Это означает лунную пыль, камни, космические корабли, все. Луна распадется, а вместе с ней и подземная база, если вы вообще сможете найти способ построить базу (возможно, до ускорения вращения). Скорость убегания Луны составляет всего 2380 метров в секунду, а на экваторе — 4451. Итак, Луны больше нет.

Решение этой проблемы состоит в том, чтобы заставить луну оставаться вместе с помощью какой-то невероятной связывающей силы магической силы. Если бы каждая молекула была неразрывно связана с любой другой, вы могли бы иметь свою основу. Сработает ли это для вашей истории, я не знаю.

Примечание. Вы столкнетесь с этой проблемой на любой планете любого размера, если попытаетесь сделать ее центростремительную силу больше ее гравитации. Экваториальная скорость превысит скорость убегания, и планета распадется. Вот почему искусственная гравитация такого рода обычно возникает только на космических станциях, которые вообще не удерживаются гравитацией.

Такая высокая скорость вращения заставила бы Луну расколоться.

Мало того, что скорость вращения должна была бы оказывать достаточную центробежную силу, чтобы заставить людей испытать 1,2 G, находясь на потолке пещеры, она должна была бы преодолеть естественную гравитацию Луны.

На такой скорости объекты вроде горных пород и лунного реголита отрываются от поверхности и улетают в космос. Вероятно, она будет достаточно высокой, чтобы коренная порода Луны раскололась, а также улетела в космос.

Бах.

Я хочу гигантскую вращающуюся среду обитания на Луне! Если мы не можем вращать всю Луну так быстро, чтобы камни на ней не отрывались (что имеет смысл, я неохотно соглашаюсь), мы построим среду обитания на поверхности Луны и получим это вращение. Теперь, как быстро?

с https://rechneronline.de/g-acceleration/centrifuge.php

Итак, если моя среда обитания делает 0,025 оборота в минуту, это означает 1 оборот за 40 минут. Окружность Луны составляет 3 476 000 метров. Это означает, что в среде обитания мы проходим 86900 метров в минуту. Это 5214 км/час.

О, это быстро, вы говорите. Слишком быстро, о боже. Вещи сломаются. Корабль больше не выдержит. Пиш шикарный я вам говорю! Это луна! На лобовом стекле нет надоедливых жуков. И у нас есть трасса на магнитной подвеске. Вращающаяся среда обитания будет вращаться, как модный пояс, вокруг средней части Луны.

Вам придется набрать скорость, прежде чем вы начнете. Для этого будут специальные места.

Интуитивное объяснение

Если вы вращаете Луну, вам нужно, чтобы кажущаяся гравитация была направлена ​​от ядра в космос. Это нормально, за исключением того, что не только ваша среда обитания испытывает эту кажущуюся гравитацию. Камни на поверхности тоже «хотят упасть», и если что-то отвалится от ядра… камни «упадут» в небо.

На самом деле это становится безудержным процессом — все, что «отпадает», уменьшает массу Луны, уменьшает ее гравитационное притяжение и позволяет большему количеству материала отрываться быстрее. (Это сочетание скорости убегания и предела Роша .) См. также это .

Такой распад был сюжетной точкой в ​​серии «Долгая Земля» .

Есть два интересных способа справиться с этим. Один из них — склеить поверхность вместе, но на этом этапе вы также можете построить свою собственную среду обитания — даже риски те же. Другой — закопать Луну и поместить внутрь свои жилища, а затем положить их на неподвижную скалу наверху, чтобы они не упали в космос, который в то же время поддерживает скалу. Вам понадобится набор рельсов без трения. Точные размеры повлияют на вашу необходимую скорость, но это дается ответами на расчет центрифуги.

Wayfaring Stranger расскажет вам, почему ваша идея непрактична (невозможна без суперматериалов).

Более практичным способом использования вращения для увеличения кажущейся гравитации на Луне было бы создание вращающихся мест обитания в форме усеченного конуса (цилиндра, один конец которого шире другого, в данном случае намного шире).

По сути, вы бы встроили деформированный цилиндр О'Нила в кору Луны (узким концом вниз), чтобы комбинация силы гравитации Луны и центростремительной силы от вращающейся среды обитания выровнялась и привела к видимому 1G внутри среды обитания. .

Так что это вроде уже обсуждалось, но начнем: проблема с вопросом в том, что центробежная сила противоположна гравитации, в том смысле, что увеличение центробежной силы Луны уменьшит гравитацию. Чтобы это работало, люди в пещерах должны стоять на потолке этих пещер.

Если вы вспомните ссылки на это в таких СМИ, как «Интерстеллар», «Ковбой Бибоп» и т. д., то часть космической станции, обладающая гравитацией, — это внешняя стена, но только внутренняя, при этом ноги человека указывают в космос, а голова указывает на точку вращения. . Это тоже имеет смысл: возьмите веревку/пояс, держите ее над головой и крутите — центробежная сила выталкивает наружу.

Другая часть, как упоминалось другими, - это напряжение на поверхности Луны. Необходимость скрепить поверхность вместе, вероятно, будет первой проблемой, которую необходимо решить.