Круглая космическая станция — при какой скорости вращения достигается земная гравитация?

Представьте себе космическую станцию ​​в форме цилиндра. Цилиндр вращается вокруг своей оси, чтобы создать искусственную гравитацию за счет центростремительной силы.

Мой вопрос: как быстро должна вращаться космическая станция, чтобы гравитация была такой же, как на Земле?

Я понимаю, что, вероятно, не смогу получить точную скорость без подробностей о размере и массе, поэтому я больше ищу диапазон (если возможно получить точную скорость, не зная деталей [например, с помощью формулы или чего-то еще], что тоже было бы здорово). Космическая станция будет большой. Я думаю, что он будет состоять из «колес», а затем каждое колесо прикрепляется к своей оси, образуя цилиндр. Каждое колесо было бы размером с небольшой город. На космической станции также будет чрезвычайно большое население (вспомните эвакуацию с Земли), поэтому ее масса, вероятно, будет гигантской. Космическая станция дрейфует — она ничего не вращает.

Я понимаю, что это не так много, чтобы продолжать. К сожалению, это все подробности, которыми я располагаю на данный момент.

Это действительно относится к обмену стеками физики или космических исследований.
@iAdjunct, вопрос слишком стар для переноса. Я предлагаю ОП создать там новый вопрос.
На момент публикации этого OP я не знал, что существует Space Exploration SE. Так что я сожалею об этом. Но поскольку на этот вопрос уже есть ответ, я не вижу причин публиковать его снова на другом SE. Если я ничего не упускаю из виду?
@TommyMyron, если вы удовлетворены полученными здесь ответами, вам не нужно ничего делать. В конце концов, этому вопросу не грозит исчезновение.
@MonicaCellio Ответ - это все, что мне когда-либо понадобится, поэтому я могу оставить его, если вам это нужно.
Номинация на повторное открытие, потому что это похоже на множество принятых, хорошо отвеченных и хорошо проголосовавших вопросов на этом сайте. Знание того, как заставить космическую станцию ​​работать, может быть неотъемлемой частью построения мира.
Вы действительно должны быть в состоянии найти ответ, например, в любом тексте по физике 101.

Ответы (4)

Взгляните на http://www.artificial-gravity.com/sw/SpinCalc/SpinCalc.htm .

Этот калькулятор не только дает вам значения, основанные на том, что вы знаете о своем дизайне, но также дает вам хорошие графические индикаторы того, насколько вам будет удобно (например, он скажет вам, будут ли ваши ноги ощущать значительно большую гравитацию, чем ваша голова). ).

Спасибо за ссылку! Однако это выглядит так, как будто он измеряет поверхностную гравитацию — то есть гравитацию на поверхности станции. Люди будут жить внутри станции, прямо из-под поверхности, по крайней мере, примерно на 100-200 метров или около того. Изменится ли гравитация в зависимости от того, как далеко вы находитесь внутри станции, то есть насколько близко к центру?
Это было бы; чем ближе вы подходите, тем меньше гравитации вы чувствуете. Тем не менее, скорость вращения останется прежней, поэтому вы можете использовать этот калькулятор, чтобы оценить эффект, сохранив скорость на том же уровне и уменьшив радиус.
Если бы я был дальше, нужно ли было бы изменить скорость обода?
Скорость обода изменится. Только две из четырех переменных могут быть независимыми (т.е. контролироваться вами) одновременно, и в этом случае это будут угловая скорость и радиус.
@TommyMyron Посмотрите «Кошку, которая прошла сквозь стены» Роберта Хайнлайна, чтобы найти замечательную прозу на станциях с разной гравитацией на разных уровнях. Обратите внимание, что некоторые из этих проблем можно решить, вращая каждый уровень с разной скоростью, хотя перемещение между уровнями становится затруднительным.

Скорость вращения полностью зависит от диаметра цилиндра. Чем больше диаметр, тем медленнее он должен двигаться. Если диаметр в 2 раза меньше, скорость, необходимая для создания гравитации, повлияет на людей, как езда на карнавальном аттракционе. Так что лучше больше. Думаю, я читал, что 1 миля — довольно хороший начальный диаметр.

Из-за этого, если вы хотите несколько уровней, у вас будет разная гравитация на разных расстояниях. Это означает, что у вас есть выбор.

  1. У вас есть отдельные кольца, которые вращаются с разной скоростью, хотя это может вызвать проблемы с перемещением между слоями.

  2. Вы делаете корабль похожим на консервную банку без концов, у вас там будут только механизмы и, возможно, какая-то система привода, открытый конец может даже действовать как ковш, собирающий вещество, когда он проходит, для припасов или топлива.

  3. Почти как № 2, но он намного больше. Если вы начнете с диаметра 2,5 мили и нацелитесь на 1 g при 2,3-2,4, вы можете получить толщину гравитации почти в полмили, что относительно комфортно для людей, и все это будет одним сплошным куском. Теперь вы растягиваете это на 10-15 миль, и у вас много места.

Однако, если вы планируете, что миллионы людей будут жить и полностью зависеть от этого корабля, то я мог бы больше подумать о гораздо большем радиусе, диаметре 10 миль, который мог бы иметь «ободок» толщиной почти 2 мили для жилья в разумной гравитации.

(Я использовал ответ Адамса по ссылке, чтобы получить свои оценки.)

Однако убедитесь, что поперечное сечение примерно квадратное; иначе люди, идущие вокруг, заставят его бесконтрольно кувыркаться. Кроме того, наличие уровней со значительно отличающейся гравитацией не обязательно было бы плохо. Я, например, был бы совершенно согласен, если бы поместил, скажем, боевую зону в стиле Ender's Game в центре.
Существует определенный верхний предел радиуса кольца. Внешний импульс материалов кольца, а также импульс любых объектов, покоящихся на кольце, создают напряжение в кольце, и если оно слишком велико, кольцо выйдет из строя. Напряжение увеличивается по мере увеличения радиуса или скорости вращения. Проверьте математику, но для кольца диаметром более пары сотен метров потребуются магически усиленные конструкционные материалы.
@EvilSnack - твой комментарий не имеет смысла. Увеличение радиуса пропорционально уменьшает требуемую скорость вращения. Напряжение останется прежним.

Это больше вопрос физики, но основанный на:

http://www.regentsprep.org/regents/physics/phys06/bartgrav/default.htm

Вам понадобится скорость, равная квадратному корню из 9,81*r, где r — радиус вашей станции в метрах.

Вы также захотите, чтобы станция была достаточно большой, чтобы эффективная гравитация не сильно менялась по всему телу, что может вызвать головокружение.
@Oldcat: Конечно, если бы людям пришлось жить в среде со значительным градиентом силы тяжести по всей длине тела, они бы адаптировались довольно быстро (а затем начали бы чувствовать себя странно, если бы они переместились куда-то без такого градиента силы тяжести).

При заданной скорости вращения псевдогравитация, которую вы чувствуете, прямо пропорциональна вашему расстоянию от оси. Таким образом, если на 1000 м у вас есть одно g (один раз за 63,4 с), то на 900 м у вас 0,9 g.

Формула центростремительного ускорения: 4 π 2 р Т 2 , куда р радиус и Т период.

Для одной g при одних оборотах в минуту R составляет 894 м; один оборот в час, 3,22 мегаметра (Марс не совсем вписывается в это кольцо); один оборот в день (тип кольцевых миров, описанных Иэном Бэнксом), 6,15 световых секунды.

Круглая космическая станция — при какой скорости вращения достигается земная гравитация?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 4v