Бояре проведем эксперимент

[vitus_wagner]

Тут в процессе обсуждения искусственной гравитации комментаторы стали высказывать какие-то совершенно безумные на мой взгляд соображения на тему того, как ведут себя объекты на вращающемся колесе или гантели. А ведь почти в каждом московском дворе стоит детская карусель (которую надо раскручивать руками или ногами) - замечательный экспериментальный стенд для подобного рода тестов.

Правда, у карусели есть большой недотстаток - её ось вкопана в землю, и способна выдерживать очень большие биения.

Но ведь несложно построить экспериментальную карусель, ось которой будет не вкопага в землю, а приварена к площадке, установленной на роликах. (лучще была бы воздушная подушка на идеально гладком полу, но это сильно удорожает установку).

Дальше эту штуку можно раскручивать до любого нужного числа оборотов в минуту, перемещаться по ней. включать на ней электродрели и токарные станки и тому подобное. В общем, всю механику можно отработать.

Comments

[qkowlew.livejournal.com]

Ээээээ...
Ты что, повёлся на разводки очередных торсионщиков-инерцоидников?!

[vitus_wagner]

Я заметил что люди совершенно не представляют себе что такое центробежная сила и как это работает. Хотя, казалось бы, уж вот это проверить на практике ничего не стоит.

Создание искусственной гравитации посредством центробежной силы (ака центрифуга) не имеет совершенно никакого отношения к торсионщикам и весьма давно и активно применяется в различных областях техники. Вплоть до бытовой стиральной машины

Вопрос в том, не будет ли пеермещение людей внутри центрифуги, свободно парящей на орбите приводить к нежелательным эффектам.
Что и предлагается промоделировать посредством центрифуги (карусели) свободно катающейся по гладкой поверхности на роликах.

[geovit.livejournal.com]

Виктор, давайте всё-таки не будем забывать о том, что никакой самостоятельной "центробежной" силы не существует(если, конечно, не считать центром точку начала прямолинейного движения). А изменения центра масс обязательно будут влиять на равномерность вращения.
И ещё вопрос, может ли сила инерции полноценно заменить силу гравитации.
Придётся строить хотя бы тысячетонную вращающуюся конструкцию в ближнем космосе, для проведения натурных испытаний.

[vitus_wagner]

Человечество тысячелетиями работает с вращающимися конструкциями различных размеров. И прекрасно справляется с задачей компенсации неравномерности вращения причем на скоростях, на несколько порядков превосходящих требующиеся от космической станции.

Центробежная сила это, естественно, условность. Но в технике эта условность куда удобнее, чем более точное описание через инерциальность/неинерциальность системы отсчета.

Кстати из этого более точного описания однозначно следует что сила инерции может заменить силу гравитации. Это доказывается в ОТО.

И зачем вам тысячетонная конструация, непонятно. Я тут предлагаю провести эксперимент с конструкцией весом в единицы тонн, если не сотни килограммов. И убежден что задача компенсации неравномерности вращения в такой конструкции решаема. А для реальной космической станции потребуются первые десятки тонн. Вот в соседнем посте я предлагаю уложиться в три запуска "Фалькона-9".

[geovit.livejournal.com]

Вы про фантастику, а я про жизнь. Неравномерность вращения - это пол-беды. Проблема в мелочах проживания во вращающемся космическом корабле и всяческих побочных эффектах, которые на земле не проявляются в силу наличия земной гравитации. Поэтому, если освоение космоса будет происходить традиционным путём, то в первую очередь надо искать способы продления не приносящего вреда здоровью человека времени пребывания в космическом пространстве. Питаться наполовину кальцием - не выход.

[vitus_wagner]

Вот собственно мы и обсуждаем такой способ продления времени пребывания - создание искусственной гравитации с помощью центробежной силы.

Как раз во вращающемся космическом корабле "всяких мелочей" будет существенно меньше, чем в невращающемся - кофе из чашки не вылетает шариком, в туалет можно сходить привычным на земле способом, хлебные крошки падают на пол (пусть отклоняясь от направления "вертикали" силой Кориолиса).

[fk0.livejournal.com]

Решение нужно искать отказе от человека. По крайней мере в привычной форме. В пределах орбиты Луны это может быть телеуправление роботами практически в реальном масштабе времени. Дальше -- нужно искать человека доставить ближе к месту действия.

[vitus_wagner]

Кому нужно такое решение? Никому оно не нужно. Еще лет десять, и даже те применения космических технологий, которые сейчас экономически выгодны - спутники связи, навигации и дистанционного зондирования Земли уступят место беспилотным стратосферным ЛА.

Поэтому единственный смысл космической деятельности человека - это расширение его ареала обитания.
Программа расширения ареала обитания сидит глубже стремления к выгоде, она биологическая а не социальная.

[fk0.livejournal.com]

"Человек" может стать не совсем биологической сущностью. Конечно, это уже будет совсем не тот человек, или вовсе не человек. Но тогда он может пойти дальше. Сейчас же он прикован к Земле. Две проблемы современного человека -- время и слишком специфичный эээ... носитель (тело человека), неразрывно связанный с Землёй.

[al-pas.livejournal.com]

Это зависит от того, какой смысл вкладывать в слово «полноценно». Во вращающейся системе координат на тело действуют две силы: центробежная сила и сила Кориолиса (полужирные символы обозначают векторные величины): F = m(ω²r +2ω×v). Обе силы строго формально являются реальными с позиции т. н. «сильного» принципа относительности, и по той же причине обе силы являются гравитационными, поскольку имеют инерциальную природу.
В случае когда массой космонавтов нельзя пренебрегать по отношению к массе станции, уравнение для действующей силы качественно не изменится, в первом, приближении масса космонавта m заменится в нём на приведённую массу mM/(m + M), где M — масса станции.

[vitus_wagner]

Масса космонавта состовляет десятые доли процента от массы станции (масса станции - десятки тонн, масса космонавта - меньше ста килограмм). По моему можно пренебречь

Скорость космонавта по модулю составляет не более метра в секунду, соотвественно при ω=0.4рад/c и радиусе 20 метров второе слагаемое будет на порядок меньше первого.

[al-pas.livejournal.com]

Давайте возьмём для примера ω = 0,5 с^–1 и r = 40 м, тогда на станции будет создана земная сила тяжести. При скорости космонавта 1 м/с кориолисово ускорение составит максимально 1 м/с². Если пол станции параллелен оси вращения, то максимальная кориолисова сила будет действовать на человека при его перемещении перпендикулярно оси вращения и будет направлена по радиусу, то есть, начав движение, космонавт ощутит что он стал (в зависимости от направления движения) либо легче на 7 кг, либо тяжелее на 7 кг. Думаю, что к этому можно достаточно быстро привыкнуть.

P.S. Игра в пинг-понг на такой станции будет интересным развлечением...

[vitus_wagner]

0.5 c^-1 это много. Тут в предыдущем посте писали что по экспериментальным данным надо не больше 0.4 (четыре оборота в минуту). 1м/c² это и есть на порядок меньше земной тяжести.

По оси вращения человек вряд ли сможет перемещаться со скоростью 1м/c. 1м/c это типичный лифт в не слишком высотном жилом доме. По скобтрапу ты с такой скоростью не полезешь.

Соответственно, самые неприятные ощущения будут возникать при резком приседании или вставании, или при переходе из положения лежа в положение сидя.

[al-pas.livejournal.com]

Давайте внесём ясность. Ось вращения перпендикулярна плоскости вращения. Пол рабочего отсека перпендикулярен плоскости вращения и параллелен оси вращения. При перемещении параллельно полу рабочего отсека сила Кориолиса будет либо прижимать человека к полу, увеличивая его вес на 10%, либо отрывать его от пола, уменьшая вес на 10%. При перемещении параллельно полу в направлении перпендикулярном плоскости вращения и параллельном оси вращения сила Кориолиса будет равна нулю, поскольку вектор линейной скорости будет параллелен вектору угловой скорости.

Summary: при движении по полу рабочего отсека в направлении вращения вес космонавта увеличивается, при движении по полу в противоположном направлении вес космонавта уменьшается. При движении по полу в направлении перпендикулярном плоскости вращения вес космонавта не изменится. При движении по радиусу возникает боковая сила, отклоняющая тело вперёд по направлению вращения при движении к центру и назад по направлению вращения при движении от центра.

[qkowlew.livejournal.com]

Посчитай изменение скорости вращения станции из-за сохранения момента инерции при переходе 100кг с 20 метров в ноль.

[al-pas.livejournal.com]

Если масса станции 10 тонн, то при перемещении 100 кг с периферии в центр момент инерции изменится на порядка 0.01, на столько же изменится и угловая скорость. Для оставшихся в жилом отсеке это субъективно ощутится в потере/приобретении килограмма 10 Н веса.

[vitus_wagner]

Масса станции минимум 30 тонн. Но, правда где-то треть из них вблизи оси.

И там, на оси стоит моторчик, который корректирует угловую скорость относительно неподвижного блока. Правда, вероятно, цель корректировки - это предотвратить закручивание неподвижного блока подвижным. Так что постоянства угловой скорости эта система корректировки не обеспечивает.

Но есть и другая система корректировки, которая, пока космонавт лезет по скобтрапу 20 метров от обода к ступице, перекачает 100 литров воды из ступицы в обод.

[qkowlew.livejournal.com]

Кроме того, ты неявно полагаешь, что ходит только космонавт. :)
А есть ещё перемещение того, что он с собой взял.

[vitus_wagner]

Как правило этого добра меньше, чем вес самого космонавта. Причем раз этак в пять или шесть, больше ему не съесть утащить по узкой трубе.

Как тут уже Алексей посчитал это изменение веса будет примерно эквивалентно изменению веса после плотного обеда. Каковое человек переносит весьма легко.

[al-pas.livejournal.com]

Поправка (знак перепутал): F = m(ω²r – 2ω×v)

[tzirechnoy.livejournal.com]

>давайте всё-таки не будем забывать о том, что
> никакой самостоятельной "центробежной" силы не
> существует

Вы ещё скажыте, что Солнцэ вокруг Земли не вращается...

[spiritualape.livejournal.com]

А вот интересно, нужна ли науке станция с ПОВЫШЕННОЙ гравитацией?

[allter]

В крайне-долгосрочной перспективе - не исключено. Например, там можно готовить-выводить космонавтов для высадки на планеты-гиганты (или на просто более крупные планеты в других планетарных системах при их разведке/колонизации). А сейчас уже есть те же центрифуги для подготовки космонавтов, но вы, наверное, не их имели в виду.

[david-m.livejournal.com]

Разве что для производства какого-нибудь. Например, шариков для пинг-понга, чтобы не очень разлетались:) Ну, или для какой-нибудь ускоренной гравитационной сепарации (чтобы не ставить центрифугу в завод, поставим завод в центрифугу).

Именно для науки — вряд ли удастся раскрутить станцию настолько, чтобы там появились какие-то интересные ОТО-эффекты…

[vitus_wagner]

Не нужна. Повышенная гравитация прекрасно моделируется на наземной центрифуге.

[qkowlew.livejournal.com]

Кстати, в земных условиях построение такого стенда можно осуществлять скорее с использованием плавсредства.

Сделать Круглый по большей части надувной стенд. Непрозрачный (чтобы видно не было окружающего мира).
Из бытовых предметов внутри - туалет и запас еды. :)

Метров 5 в диаметре помещение.

Вполне малобюджетный вариант.

[vitus_wagner]

Ага, берем спасательный плот ПС-20М и раскручиваем.

(если мало, говорят для бывают, плоты на 150 рыл)

Возникнут паразитные эффекты - при неравномерном распределении масс внутри круглого плота будет возникать не только осевое биение, но и крен. Причем воздействие обоих факторов на находящихся внутри людей будет сопоставимым.

Предлагаемая в посте схема с роликовой тележкой на жесткой поверхности влиянеие земной гравитации на неравномерно распределенный вес компенсирует.

[al-pas.livejournal.com]

Небольшой оффтопик. История про астероид J002E3, который долго и безуспешно боролся с силой Кориолиса и Луной, но так и не сумел упасть на Землю.

[hungry-ewok.livejournal.com]

А для полноты впечатлений надо напомнить что это вообще-то третья ступень от Аполлона-12.

[al-pas.livejournal.com]

Законам небесной механики, в отличие от законов Российской Федерации, безразлично происхождение объекта их применения.

[vitus_wagner]

Момент инерции у пустой бочки из-под жидкого водорода совершенно не такой как у сравнимого по массе куска камня.

Но с другой стороны, то что данный объект имеет то же происхоождение что орбитальная станция Скайлэб, делает обсуждение его траектории несколько менее оффтопиков в этом посте.

[al-pas.livejournal.com]

Астероиды, особенно железные, зачастую имеют весьма замысловатую форму, например, такую:



Поэтому ставить во главу угла момент инерции при дифференциации объектов по происхождению особого смысла нет, не говоря уже о том, что в масштабе системы Солнце-Земля-Луна большинство объектов можно считать материальными точками с нулевым моментом инерции.

[vlad_suh]

В качестве простейшего испытательного стенда можно взять офисное кресло. Оно как раз крутится и на роликах. Раскрутиться на нём и помахать дрелью, например.

[stanislavvv]

В детстве, лет этак в 5 ходил с отцом на атракцион типа "качели на десяток человек, делающие солнышко".
Атракцион представлял собой эти самые качели с межаническим приводом в помещении.
Вначале раскачивались, затем сделали несколько оборотов.
При этом точно помню ощущение, что это не я кручусь в помещениии, а помещение вокруг меня. И никаких неприятных ощущений, хотя тогда легко укачивало в машине.
Уже взрослым видел ту постройку - вторую крутящуюся комнату там сделать негде.

[vitus_wagner]

Наверное, на тех качелях вы не пытлись ложиться, вставать, перемщаться поперек и вдоль направления вращения и т.д. Как тут разобрали в комментариях основные проблемы относительно маленьких вращающихся объектов с относительно высокой угловой скоростью в том, что к центробежной силе примешивается сила Кориолиса и оказывает довольно мощное непривычное воздействие на вестибулярный аппарат.

[mikhail moskalev (from livejournal.com)]

В этом атракционе, качели не делают солнышко, только раскачиваются, а реально проворачивается "комната".