Possiamo simulare la gravità?

5 posti sulla Terra in cui la gravità sembra scomparsa (Giugno 2019).

Anonim

Creare la gravità senza massa è come creare l'arancione senza il giallo; non può essere fatto. Per questo motivo, non è possibile creare la gravità, ma semplicemente simularla sottoponendo l'astronauta a forze che ne emulano l'effetto. Un modo per farlo è far sedere un astronauta sulle montagne russe.

L'accelerazione è la chiave

Einstein ebbe un'illuminazione. Si rese conto che senza una finestra l'uomo non sarebbe stato in grado di discernere se l'ascensore stesse cadendo sotto l'influenza della gravità terrestre o semplicemente fluttuando nello spazio vuoto, completamente isolato nell'angolo più remoto dell'Universo: in entrambi i casi si sarebbe sentito senza peso. Questo è il punto cruciale delle sorprendenti scoperte di Einstein: tutto è relativo

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e l'accelerazione è la chiave.

Nelle parole di Einstein: "non esiste alcun esperimento che si possa fare per distinguere tra gli effetti di un campo gravitazionale uniforme e quello di un'accelerazione uniforme". In altre parole, un astronauta non sarebbe in grado di distinguere la forza che tira verso il basso sperimentata in un'astronave accelerando verso l'alto a 9, 8 m / s² dalla forza con cui la Terra tira l'astronauta sulla sua superficie. In questo modo, mentre l'astronave non crea gravità, simula l'effetto. Se non fosse per l'accelerazione lineare, non ti sentirai inchiodato al tuo posto o spinto nella direzione opposta dell'accelerazione quando le montagne russe corrono giù per un pendio.

Mentre accelerare linearmente un'astronave è un modo ingegnoso per simulare la gravità, non dimentichiamo che è raggiunto a spese del carburante. Ricorda che i booster non possono calmarsi nemmeno per un momento, perché in quel momento, secondo la prima legge del moto di Newton, l'astronave inizierà a viaggiare a velocità costante. Senza accelerazione, i passeggeri diventano senza peso. Quindi, se i booster vengono sparati a intermittenza, gli astronauti devono aspettarsi una corsa abbastanza spiacevole in cui brevi periodi di pesantezza vengono schiacciati tra periodi improvvisi di assenza di peso.

Forza centrifuga

Allo stesso modo in cui la forza centrifuga attacca l'acqua sulla superficie del secchio, può anche bloccare i passeggeri di un'astronave rotante sui suoi lati e sulla sua superficie. Se ti stai chiedendo perché l' Endurance ruotasse furiosamente nel film Interstellar, lo faceva per simulare la gravità con la forza centrifuga derivata dal processo. La maggior parte dei prototipi di simulazione gravitazionale della NASA "rotolano" in avanti o "girano" sul posto. Così

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. qual è il trucco?

L'accelerazione, come detto, è la chiave. L'accelerazione rotazionale o angolare è un prodotto di raggio o la distanza tra un passeggero e l'asse di rotazione, così come il quadrato della velocità angolare. Queste due variabili ci offrono due vincoli.

Considerando che la velocità è costante, per un grande raggio, l'accelerazione è grande, così come la gravità simulata, ma la costruzione di una grande astronave è costosa. D'altra parte, considerando che il raggio è costante e preferibilmente piccolo, per una grande velocità angolare, la gravità simulata non sarà equamente distribuita. Se l'aereo è troppo piccolo, anche le più piccole differenze di distanza produrranno effetti notevoli. Per una piccola astronave, la gravità attorno alla testa, a causa della sua distanza dall'asse, è maggiore della gravità intorno ai piedi!

(Photo Credit: Interstellar)

I problemi non finiscono qui, comunque. Sicuramente alcune astronavi ospitano macchine che sono pericolose da spostare. Detto questo, gli oggetti fissi contribuiscono all'attrito. Gli ingegneri sono quindi tenuti a costruire macchine o strumenti delicati in un modo che consenta loro di ruotare e rimanere intatti. Inoltre, la rotazione improvvisa di un'astronave non cambierebbe improvvisamente? Le contromisure richiedono che l'astronave spenda carburante, quindi l'intero progetto potrebbe rivelarsi ridicolmente inefficiente.

Si spera che nel prossimo futuro gli ingegneri determineranno con successo la dimensione e la velocità ottimali delle astronavi per simulare la gravità su lunghe distanze da pianeta a pianeta. Forse scopriranno una tecnica completamente nuova per farlo. Tuttavia, perché la NASA o SpaceX devono spendere miliardi di dollari su astronavi a ruota libera? È assolutamente necessario? O è una stravaganza senza senso?

Perché la gravità simulata è importante?

(Credito fotografico: Star trek)

In una serie di 18 esperimenti condotti su due uomini e due donne in un ambiente senza gravità, Spacelab Life Sciences ha scoperto che la risposta dei globuli bianchi e la massa muscolare sono diminuiti. Se ciò non bastasse, in sole 24 ore di assenza di gravità, il loro volume di sangue è diminuito del 10%. E anche se ciò non bastasse, gli effetti di una prolungata assenza di gravità hanno continuato a turbarli anche dopo il loro ritorno sulla Terra: mentre i liquidi filtravano nella parte inferiore del corpo, la frequenza cardiaca aumentava, così i soggetti subivano un calo della pressione sanguigna e una ridotta capacità esercitarsi.

Tenendo presente i pericoli della mancanza di gravità, se ci sarà mai una missione con equipaggio su Marte, la gravità simulata sarebbe indispensabile per la salute dei partecipanti. Tecnologie così sofisticate, come le scarpe autoadesive di Back to the Future, sono spesso concepite per la prima volta nella fantascienza. Tuttavia, proprio come Nike ha recentemente realizzato le scarpe che si stanno autoproclamando, speriamo che NASA e SpaceX realizzeranno presto la gravità simulata. Se non con una nave spaziale a ruota di carro, forse con un multimilionario di montagne russe interplanetarie?