Gravedad artificial y métodos de su creación. ¿Por qué no tenemos gravedad artificial en el espacio? Cómo aumentar la gravedad

No sé de dónde vengo, ni adónde voy, ni siquiera quién soy.

E. Schrödinger

En varios trabajos se observó un efecto interesante, que consistía en un cambio en el peso de los objetos en presencia de masas en rotación. El cambio de peso se produjo a lo largo del eje de rotación de la masa. En los trabajos de N. Kozyrev se observó un cambio en el peso de un giroscopio giratorio. Además, dependiendo de la dirección de rotación del rotor del giroscopio, se produjo una disminución o un aumento en el peso del propio giroscopio. En el trabajo de E. Podkletnov se observó una disminución en el peso de un objeto ubicado sobre un disco giratorio superconductor, que se encontraba en un campo magnético. En el trabajo de V. Roshchin y S. Godin, se redujo el peso de un enorme disco giratorio hecho de material magnético, que a su vez era una fuente de campo magnético.

En estos experimentos se puede identificar un factor común: la presencia de una masa en rotación.

La rotación es inherente a todos los objetos de nuestro Universo, desde el microcosmos hasta el macrocosmos. Las partículas elementales tienen sus propias momento mecánico- giran, todos los planetas, estrellas y galaxias también giran alrededor de su eje. En otras palabras, la rotación de cualquier objeto material alrededor de su eje es su propiedad integral. Surge una pregunta natural: ¿qué motivo provoca tal rotación?

Si la hipótesis sobre el cronocampo y su impacto en el espacio es correcta, entonces podemos suponer que la expansión del espacio se produce debido a su rotación bajo la influencia del cronocampo. Es decir, el cronocampo en nuestro mundo tridimensional expande el espacio, desde la región del subespacio a la región del superespacio, girándolo según una dependencia estrictamente definida.

Como ya se señaló, en presencia de masa gravitacional, la energía del cronocampo disminuye, el espacio se expande más lentamente, lo que conduce a la aparición de la gravedad. A medida que se aleja de la masa gravitacional, la energía del cronocampo aumenta, la tasa de expansión del espacio aumenta y la influencia gravitacional disminuye. Si en cualquier área cercana a la masa gravitacional la tasa de expansión del espacio aumenta o disminuye de alguna manera, esto conducirá a un cambio en el peso de los objetos ubicados en esta área.

Es probable que los experimentos con masas en rotación provocaran tal cambio en la tasa de expansión del espacio. El espacio interactúa de alguna manera con la masa en rotación. Con una velocidad de rotación suficientemente alta de un objeto masivo, es posible aumentar o disminuir la velocidad de expansión del espacio y, en consecuencia, cambiar el peso de los objetos ubicados a lo largo del eje de rotación.

El autor intentó verificar experimentalmente la suposición formulada. Se tomó un giroscopio de aviación como masa giratoria. El diseño experimental correspondió al experimento de E. Podkletnov. Los pesos de materiales de diferentes densidades se equilibraron en balanzas analíticas con una precisión de medición de hasta 0,05 mg. El peso de la carga fue de 10 gramos. Debajo de la balanza ponderada se encontraba un giroscopio que giraba a una velocidad bastante alta. La frecuencia de la corriente de suministro del giroscopio era de 400 Hz. Se utilizaron giroscopios de diversas masas con diferentes momentos de inercia. El peso máximo del rotor del giroscopio alcanzó los 1200 g. Los giroscopios se giraban tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Los experimentos a largo plazo realizados entre la segunda quincena de marzo y agosto de 2002 no dieron resultados positivos. A veces se observaron pequeñas desviaciones de peso dentro de una división. Podrían atribuirse a errores surgidos debido a vibraciones u otras influencias externas. Sin embargo, la naturaleza de estas desviaciones fue inequívoca. Cuando se giró el giroscopio en el sentido contrario a las agujas del reloj, se observó una disminución del peso, y cuando se giró en el sentido de las agujas del reloj, se observó un aumento.

Durante el experimento, la posición del giroscopio y la dirección de su eje cambiaron en diferentes ángulos con respecto al horizonte. Pero esto tampoco dio ningún resultado.

En su trabajo, N. Kozyrev señaló que los cambios en el peso del giroscopio podían detectarse a finales de otoño e invierno, e incluso en este caso las lecturas cambiaban durante el día. Obviamente, esto se debe a la posición de la Tierra con respecto al Sol. N. Kozyrev realizó sus experimentos en el Observatorio Pulkovo, situado a unos 60° de latitud norte. EN horario de invierno año, la posición de la Tierra con respecto al Sol es tal que la dirección de la gravedad en esta latitud es casi perpendicular al plano de la eclíptica (7°) durante el día. Aquellos. el eje de rotación del giroscopio era prácticamente paralelo al eje del plano de la eclíptica. EN horario de verano, para obtener el resultado hubo que intentar el experimento por la noche. Quizás la misma razón no permitió que el experimento de E. Podkletnov se repitiera en otros laboratorios.

En la latitud de Zhytomyr (aproximadamente 50° de latitud norte), donde el autor realizó los experimentos, el ángulo entre la dirección de la gravedad y la perpendicular al plano de la eclíptica es de casi 63° en verano. Quizás por esta razón sólo se observaron desviaciones menores. Pero también es posible que el impacto se haya producido también en las cargas de equilibrio. En este caso, la diferencia de peso se manifestó debido a la diferente distancia entre las cargas pesadas y equilibradas y el giroscopio.

Uno puede imaginar el siguiente mecanismo para el cambio de peso. La rotación de masas gravitacionales y otros objetos y sistemas del Universo se produce bajo la influencia del cronocampo. Pero la rotación se produce alrededor de un solo eje, cuya posición en el espacio depende de algunos factores que aún desconocemos. En consecuencia, en presencia de tales objetos giratorios, la expansión del espacio bajo la influencia del cronocampo adquiere un carácter direccional. Es decir, en la dirección del eje de rotación del sistema, la expansión del espacio se producirá más rápido que en cualquier otra dirección.

El espacio se puede imaginar como un gas cuántico que lo llena todo, incluso el interior del núcleo atómico. Existe una interacción entre el espacio y los objetos materiales en los que se encuentra, que puede intensificarse bajo la influencia de factores externos, por ejemplo en presencia de un campo magnético. Si la masa giratoria está ubicada en el plano de rotación del sistema gravitacional y gira en la misma dirección a una velocidad suficientemente alta, entonces a lo largo del eje de rotación el espacio se expandirá más rápido debido a la interacción del espacio y la masa giratoria. Cuando las direcciones de la gravedad y la expansión del espacio coinciden, el peso de los objetos disminuirá. Con la rotación opuesta, la expansión del espacio se ralentizará, lo que provocará un aumento de peso.

En los casos en que las direcciones de la gravedad y la expansión del espacio no coinciden, la fuerza resultante cambia de manera insignificante y es difícil de registrar.

La masa giratoria cambiará la fuerza del campo gravitacional en un lugar particular. En la fórmula para la intensidad del campo gravitacional. gramo = (GRAMO· METRO) / R 2 constante gravitacional GRAMO y la masa de la tierra METRO no puede cambiar. En consecuencia, el valor cambia. R– la distancia desde el centro de la Tierra hasta el objeto que se pesa. Debido a la expansión adicional del espacio, este valor aumenta en Δ R. Es decir, la carga parece elevarse por encima de la superficie de la Tierra en esta cantidad, lo que conduce a un cambio en la fuerza del campo gravitacional. gramo" = (GRAMO· METRO) / (R + Δ R) 2 .

En el caso de frenar la expansión del espacio, el valor de Δ R se deducirá de R lo que conducirá al aumento de peso.

Los experimentos con cambios de peso en presencia de una masa giratoria no permiten lograr una alta precisión de medición. Quizás la velocidad de rotación del giroscopio no sea suficiente para provocar un cambio notable en el peso, ya que la expansión adicional del espacio no es muy significativa. Si se llevan a cabo experimentos similares con relojes cuánticos, se puede lograr una mayor precisión de medición comparando las lecturas de dos relojes. En la zona donde el espacio se expande más rápidamente, la tensión del cronocampo aumenta y el reloj se moverá más rápido y viceversa.

Fuentes de información:

1. Kozyrev N.A. Sobre la posibilidad de una investigación experimental de las propiedades del tiempo. // El tiempo en la ciencia y la filosofía. Praga, 1971. P. 111...132.
2. Roshchin V.V., Godin S.M. Estudio experimental de efectos no lineales en un sistema magnético dinámico. , 2001.
3. Yumashev V.E.

El concepto de estación de 1969, que se suponía que se ensamblaría en órbita a partir de las etapas completadas del programa Apolo. Se suponía que la estación giraría sobre su eje central para crear gravedad artificial.

¿Por qué? Porque si quieres ir a otro sistema estelar, necesitarás acelerar tu nave para llegar allí y luego reducirla una vez que llegues. Si no puedes protegerte de estas aceleraciones, te espera el desastre. Por ejemplo, para acelerar hasta alcanzar el máximo impulso en Star Trek, a un pequeño porcentaje de la velocidad de la luz, habría que experimentar una aceleración de 4000 g. Esto es 100 veces la aceleración, lo que comienza a impedir el flujo sanguíneo en el cuerpo.

El lanzamiento del transbordador espacial Columbia en 1992 demostró que la aceleración se produce durante un largo período. La aceleración de la nave espacial será muchas veces mayor y cuerpo humano no podré lidiar con él

A menos que desee permanecer ingrávido durante un viaje largo, para no exponerse a un desgaste biológico terrible como la pérdida de músculos y huesos, debe haber una fuerza constante sobre el cuerpo. Para cualquier otra fuerza esto es bastante fácil de hacer. En el electromagnetismo, por ejemplo, se podría colocar a una tripulación en una cabina conductora y muchos campos eléctricos externos simplemente desaparecerían. Sería posible colocar en su interior dos placas paralelas y crear un campo eléctrico constante que empuje las cargas en una determinada dirección.

Si tan solo la gravedad funcionara de la misma manera.

Simplemente no existe un conductor gravitacional, ni es posible protegerse de la fuerza gravitacional. Es imposible crear un campo gravitacional uniforme en una región del espacio, por ejemplo, entre dos placas. ¿Por qué? Porque a diferencia de la fuerza eléctrica generada por cargas positivas y negativas, sólo existe un tipo de carga gravitacional y es la masa-energía. La fuerza gravitacional siempre atrae y no hay forma de escapar de ella. Solo puedes utilizar tres tipos de aceleración: gravitacional, lineal y rotacional.

La gran mayoría de los quarks y leptones del Universo están compuestos de materia, pero cada uno de ellos también tiene antipartículas hechas de antimateria, cuyas masas gravitacionales no han sido determinadas.

La única forma en que se podría crear una gravedad artificial que lo protegería de los efectos de la aceleración de su nave y le proporcionaría un empuje "hacia abajo" constante sin aceleración sería si desbloqueara las partículas de masa de gravedad negativa. Todas las partículas y antipartículas que hemos encontrado hasta ahora tienen masa positiva, pero estas masas son inerciales, lo que significa que sólo pueden juzgarse cuando la partícula se crea o se acelera. La masa inercial y la masa gravitacional son las mismas para todas las partículas que conocemos, pero nunca hemos probado nuestra idea con antimateria o antipartículas.

Actualmente se están realizando experimentos en esta área. El experimento ALPHA del CERN ha creado antihidrógeno: una forma estable de antimateria neutra, y está trabajando para aislarlo de todas las demás partículas. Si el experimento es lo suficientemente sensible, podremos medir cómo entra una antipartícula en un campo gravitacional. Si cae, como la materia ordinaria, entonces tiene una masa gravitacional positiva y puede usarse para construir un conductor gravitacional. Si cae hacia arriba en un campo gravitacional, lo cambia todo. Un solo resultado y de repente la gravedad artificial podría ser posible.

La posibilidad de obtener gravedad artificial nos resulta increíblemente atractiva, pero se basa en la existencia de una masa gravitacional negativa. Puede ser una masa así, pero aún no lo hemos demostrado.

Si la antimateria tiene masa gravitacional negativa, entonces al crear un campo de materia normal y un techo de antimateria, podríamos crear un campo de gravedad artificial que siempre te arrastraría hacia abajo. Al crear una capa conductora de gravedad en forma del casco de nuestra nave espacial, protegeríamos a la tripulación de las fuerzas de aceleración ultrarrápida que, de otro modo, serían letales. Y lo mejor de todo es que las personas en el espacio ya no experimentarían los efectos fisiológicos negativos que afectan a los astronautas hoy en día. Pero hasta que encontremos una partícula con masa gravitacional negativa, la gravedad artificial se obtendrá únicamente gracias a la aceleración.

Los problemas con el sistema vestibular no son la única consecuencia de la exposición prolongada a la microgravedad. Los astronautas que pasan más de un mes en la ISS suelen sufrir alteraciones del sueño, función cardiovascular lenta y flatulencias.

La NASA completó recientemente un experimento en el que los científicos estudiaron el genoma de los hermanos gemelos: uno de ellos pasó casi un año en la EEI, el otro realizó sólo vuelos cortos y pasó la mayor parte del tiempo en la Tierra. La estancia prolongada en el espacio llevó al hecho de que el 7% del ADN del primer astronauta cambió para siempre: estamos hablando de genes asociados con el sistema inmunológico, la formación de huesos, la falta de oxígeno y el exceso de dióxido de carbono en el cuerpo.

La NASA comparó a astronautas gemelos para ver cómo cambia el cuerpo humano en el espacio

En condiciones de microgravedad, una persona se verá obligada a permanecer inactiva: no estamos hablando de astronautas que permanezcan en la ISS, sino de vuelos al espacio profundo. Para descubrir cómo afectaría un régimen así a la salud de los astronautas, la Agencia Espacial Europea (ESA) colocó a 14 voluntarios en una cama inclinada hacia un lado de la cabeza durante 21 días. Un experimento que pondrá a prueba en la práctica los últimos métodos para combatir la ingravidez, como los modos mejorados. ejercicio fisico y nutrición: la NASA y Roscosmos tienen la intención de realizar conjuntamente.

Pero si la gente decide enviar naves a Marte o Venus, se necesitarán soluciones más extremas: la gravedad artificial.

Cómo puede existir la gravedad en el espacio

En primer lugar, conviene comprender que la gravedad existe en todas partes: en algunos lugares es más débil, en otros es más fuerte. Y el espacio exterior no es una excepción.

La ISS y los satélites están constantemente bajo la influencia de la gravedad: si un objeto está en órbita, cae alrededor de la Tierra, en pocas palabras. Se produce un efecto similar si lanzas una pelota hacia adelante: antes de tocar el suelo, volará un poco en la dirección del lanzamiento. Si lanzas la pelota con más fuerza, volará más lejos. Si eres Superman y la bola es un motor de cohete, no caerá al suelo, sino que volará a su alrededor y continuará girando, entrando gradualmente en órbita.

La microgravedad supone que las personas dentro de la nave no están en el aire, sino que caen de la nave, que a su vez cae alrededor de la Tierra.

Debido a que la gravedad es la fuerza de atracción entre dos masas, permanecemos en la superficie de la Tierra cuando caminamos sobre ella, en lugar de flotar hacia el cielo. En este caso, toda la masa de la Tierra atrae la masa de nuestros cuerpos hacia su centro.

Cuando los barcos entran en órbita, flotan libremente en el espacio exterior. Todavía están sujetos a la atracción gravitacional de la Tierra, pero la nave y los objetos o pasajeros en ella están sujetos a la gravedad de la misma manera. Los dispositivos existentes no son lo suficientemente grandes como para crear una atracción notable, por lo que las personas y los objetos que contienen no están en el suelo, sino que "flotan" en el aire.

Cómo crear gravedad artificial

La gravedad artificial como tal no existe; para crearla, una persona necesita aprender todo sobre la gravedad natural. En la ciencia ficción existe el concepto de simular la gravedad: permite a la tripulación de las naves espaciales caminar sobre la cubierta y a los objetos colocarse sobre ella.

En teoría, hay dos formas de crear gravedad simulada y ninguna de ellas se ha utilizado todavía en la vida real. El primero es el uso de la fuerza centrípeta para simular la gravedad. El barco o la estación debe ser una estructura en forma de rueda que consta de varios segmentos en constante rotación.

Según este concepto, la aceleración centrípeta del dispositivo, empujando los módulos hacia el centro, creará una apariencia de gravedad o condiciones similares a las de la Tierra. Este concepto quedó demostrado en 2001: Una odisea en el espacio de Stanley Kubrick y en Interstellar de Christopher Nolan.

El concepto de un dispositivo que crea una aceleración centrípeta para simular la gravedad.

Se considera que el autor de este proyecto es el científico e ingeniero espacial alemán Wernher von Braun, quien dirigió el desarrollo del cohete Saturn 5, que llevó a la Luna a la tripulación del Apolo 11 y varios otros vehículos tripulados.

Como director del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, von Braun popularizó la idea del científico ruso Konstantin Tsiolkovsky de crear una estación espacial toroidal basada en un diseño de cubo que recuerda a una rueda de bicicleta. Si la rueda gira en el espacio, entonces la inercia y la fuerza centrífuga pueden crear una especie de gravedad artificial que atrae los objetos hacia la circunferencia exterior de la rueda. Esto permitirá a las personas y a los robots caminar sobre el suelo, como en la Tierra, en lugar de flotar en el aire, como en la ISS.

Sin embargo, este método tiene importantes inconvenientes: cuanto más pequeña es la nave espacial, más rápido debe girar; esto conducirá a la aparición de la llamada fuerza de Cornolis, en la que los puntos ubicados más lejos del centro se verán influenciados por la gravedad con mayor fuerza que aquellos. más cerca de ello. En otras palabras, la gravedad será más fuerte en la cabeza de los astronautas que en sus piernas, lo que no les gustará.

Para evitar este efecto, el tamaño de la nave debe ser varias veces mayor que el tamaño de un campo de fútbol; poner un dispositivo de este tipo en órbita será extremadamente costoso, dado que el costo de un kilogramo de carga durante los lanzamientos comerciales varía de 1,5 mil dólares. a $3 mil.

Otro método para crear una simulación de la gravedad es más práctico, pero también extremadamente caro: estamos hablando del método de aceleración. Si el barco primero acelera en un determinado segmento de la trayectoria, y luego gira y comienza a disminuir la velocidad, entonces surgirá el efecto de la gravedad artificial.

Para implementar este método, se necesitarán enormes reservas de combustible - lo cierto es que los motores deben funcionar casi continuamente, con la excepción de un breve descanso a mitad del viaje - durante el giro del barco.

Ejemplos reales

A pesar del alto costo del lanzamiento de naves espaciales que simulen la gravedad, empresas de todo el mundo están intentando construir tales naves y estaciones.

La Fundación Gateway, una fundación de investigación que planea construir una estación giratoria en la órbita terrestre, está intentando implementar el concepto de Von Braun. Se supone que alrededor de la circunferencia de la rueda se ubicarán cápsulas que podrán ser adquiridas por empresas aeroespaciales públicas y privadas para la investigación. Algunas cápsulas se venderán como villas a los residentes más ricos del mundo, mientras que otras se utilizarán como hoteles para turistas espaciales. Se ha desvelado el concepto de una nave espacial giratoria con módulos inflables, la Nautilus-X, que reduciría los efectos de la microgravedad sobre los científicos. a bordo.

Se suponía que el proyecto costaría sólo 3.700 millones de dólares (muy poco para este tipo de dispositivos) y que su construcción tardaría 64 meses. Sin embargo, Nautilus-X nunca avanzó más allá de los dibujos y propuestas iniciales.

Conclusión

Por ahora, la forma más probable de obtener una gravedad simulada que proteja a la nave de los efectos de la aceleración y proporcione una gravedad constante sin la necesidad de utilizar motores constantemente es detectar una partícula con masa negativa. Cada partícula y antipartícula que los científicos han descubierto tiene masa positiva. Se sabe que la masa negativa y la masa gravitacional son iguales entre sí, pero hasta ahora los investigadores no han podido demostrar este conocimiento en la práctica.

Los investigadores del experimento ALPHA del CERN ya han creado antihidrógeno, una forma estable de antimateria neutra, y están trabajando para aislarlo de todas las demás partículas a velocidades muy bajas. Si los científicos logran hacer esto, es probable que en un futuro próximo la gravedad artificial sea más real de lo que es ahora.

Incluso una persona que no está interesada en el espacio ha visto al menos una vez una película sobre viajes espaciales o ha leído sobre este tipo de cosas en libros. En casi todos estos trabajos, la gente camina por el barco, duerme normalmente y no tiene problemas para comer. Esto significa que estas naves ficticias tienen gravedad artificial. La mayoría de los espectadores perciben esto como algo completamente natural, pero no lo es en absoluto.

gravedad artificial

Este es el nombre para cambiar (en cualquier dirección) la gravedad a la que estamos acostumbrados aplicando de varias maneras. Y esto se hace no sólo en obras de ciencia ficción, sino también en situaciones terrenales muy reales, la mayoría de las veces para experimentos.

En teoría, crear gravedad artificial no parece tan difícil. Por ejemplo, se puede recrear mediante la inercia o, más precisamente, la necesidad de esta fuerza no surgió ayer; sucedió inmediatamente, tan pronto como una persona comenzó a soñar con vuelos espaciales de larga duración. La creación de gravedad artificial en el espacio permitirá evitar muchos de los problemas que surgen durante períodos prolongados de ingravidez. Los músculos de los astronautas se debilitan y los huesos se vuelven menos fuertes. Viajar en tales condiciones durante meses puede provocar atrofia de algunos músculos.

Así, hoy en día la creación de gravedad artificial es una tarea de suma importancia; sin esta habilidad es simplemente imposible.

Material bélico

Incluso aquellos que conocen la física sólo en el nivel del plan de estudios escolar entienden que la gravedad es una de las leyes fundamentales de nuestro mundo: todos los cuerpos interactúan entre sí, experimentando atracción/repulsión mutua. Cuanto más grande es el cuerpo, mayor es su fuerza gravitacional.

Para nuestra realidad, la Tierra es un objeto muy masivo. Por eso todos los cuerpos que la rodean, sin excepción, se sienten atraídos por ella.

Para nosotros esto significa, que normalmente se mide en g, igual a 9,8 metros por segundo cuadrado. Esto significa que si no tuviéramos apoyo bajo nuestros pies, caeríamos a una velocidad que aumenta 9,8 metros por segundo.

Así, sólo gracias a la gravedad podemos pararnos, caernos, comer y beber normalmente, entender dónde está arriba y dónde está abajo. Si la gravedad desaparece, nos encontraremos en la ingravidez.

Los cosmonautas que se encuentran en el espacio en estado de vuelo (caída libre) están especialmente familiarizados con este fenómeno.

En teoría, los científicos saben cómo crear gravedad artificial. Hay varios métodos.

masa grande

La opción más lógica es hacerlo tan grande que aparezca sobre él gravedad artificial. Podrás sentirte cómodo en la nave, ya que no perderás la orientación en el espacio.

Desafortunadamente, este método no es realista con el desarrollo de la tecnología moderna. Construir un objeto así requiere demasiados recursos. Además, levantarlo requeriría una cantidad increíble de energía.

Aceleración

Parecería que si quieres lograr una g igual a la de la Tierra, solo necesitas darle a la nave una forma plana (como una plataforma) y hacer que se mueva perpendicular al plano con la aceleración requerida. De esta forma se obtendrá la gravedad artificial, y además la gravedad ideal.

Sin embargo, en realidad todo es mucho más complicado.

En primer lugar, vale la pena considerar la cuestión del combustible. Para que la estación acelere constantemente, es necesario tener un suministro de energía ininterrumpida. Incluso si de repente aparece un motor que no expulsa materia, la ley de conservación de la energía seguirá vigente.

El segundo problema es la idea misma de aceleración constante. Según nuestro conocimiento y las leyes físicas, es imposible acelerar indefinidamente.

Además, un vehículo de este tipo no es adecuado para misiones de investigación, ya que debe acelerar constantemente: volar. No podrá detenerse a estudiar el planeta, ni siquiera podrá volar lentamente alrededor de él: deberá acelerar.

Por tanto, queda claro que esa gravedad artificial todavía no está a nuestra disposición.

Carrusel

Todo el mundo sabe cómo afecta al cuerpo la rotación de un carrusel. Por tanto, un dispositivo de gravedad artificial basado en este principio parece ser el más realista.

Todo lo que está dentro del diámetro del carrusel tiende a caer fuera de él a una velocidad aproximadamente igual a la velocidad de rotación. Resulta que sobre los cuerpos actúa una fuerza dirigida a lo largo del radio del objeto en rotación. Es muy similar a la gravedad.

Entonces, se requiere un barco con forma cilíndrica. Al mismo tiempo, debe girar alrededor de su eje. Por cierto, la gravedad artificial en una nave espacial creada según este principio se demuestra a menudo en películas de ciencia ficción.

Un barco en forma de barril, que gira alrededor de su eje longitudinal, crea una fuerza centrífuga, cuya dirección corresponde al radio del objeto. Para calcular la aceleración resultante, debes dividir la fuerza por la masa.

En esta fórmula, el resultado del cálculo es la aceleración, la primera variable es la velocidad nodal (medida en radianes por segundo), la segunda es el radio.

Según esto, para obtener la g a la que estamos acostumbrados, es necesario combinar correctamente los radios de transporte espacial.

Un problema similar se destaca en películas como Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey y similares. En todos estos casos, la gravedad artificial se acerca a la aceleración de la tierra debida a la gravedad.

Por muy buena que sea la idea, es bastante difícil implementarla.

Problemas con el método del carrusel

El problema más obvio se destaca en Una odisea en el espacio. El radio del “transportista espacial” es de unos 8 metros. Para obtener una aceleración de 9,8, la rotación debe producirse a una velocidad de aproximadamente 10,5 revoluciones por minuto.

Con estos valores aparece el “efecto Coriolis”, que consiste en que actúan diferentes fuerzas a diferentes distancias del suelo. Depende directamente de la velocidad angular.

Resulta que se creará gravedad artificial en el espacio, pero girar el cuerpo demasiado rápido provocará problemas en el oído interno. Esto, a su vez, provoca trastornos del equilibrio, problemas en el aparato vestibular y otras dificultades similares.

La aparición de este obstáculo sugiere que tal modelo es extremadamente infructuoso.

Puedes intentar ir desde lo contrario, como lo hicieron en la novela "El mundo del anillo". Aquí la nave tiene la forma de un anillo, cuyo radio se acerca al radio de nuestra órbita (unos 150 millones de kilómetros). Con este tamaño, su velocidad de rotación es suficiente para ignorar el efecto Coriolis.

Se podría suponer que el problema se ha solucionado, pero no es así en absoluto. El caso es que una revolución completa de esta estructura alrededor de su eje tarda 9 días. Esto sugiere que las cargas serán demasiado grandes. Para que la estructura los aguante se necesita un material muy resistente, del que hoy en día no tenemos a nuestra disposición. Además, el problema es la cantidad de material y el propio proceso constructivo.

En juegos de temática similar, como en la película "Babylon 5", estos problemas se resuelven de alguna manera: la velocidad de rotación es suficiente, el efecto Coriolis no es significativo, hipotéticamente es posible crear un barco de este tipo.

Sin embargo, incluso esos mundos tienen un inconveniente. Su nombre es momento angular.

La nave, al girar alrededor de su eje, se convierte en un enorme giroscopio. Como usted sabe, es extremadamente difícil forzar un giroscopio a desviarse de su eje debido a que es importante que su cantidad no salga del sistema. Esto significa que será muy difícil darle dirección a este objeto. Sin embargo, este problema se puede solucionar.

resolviendo el problema

La gravedad artificial en la estación espacial está disponible cuando el cilindro O'Neill llega al rescate. Para crear esta estructura, se necesitan barcos cilíndricos idénticos, que están conectados a lo largo del eje. Deben girar en diferentes direcciones. El resultado de tal ensamblaje es un momento angular cero, por lo que no debería haber dificultad para darle al barco la dirección requerida.

Si es posible construir un barco con un radio de unos 500 metros, funcionará exactamente como debería. Al mismo tiempo, la gravedad artificial en el espacio será bastante cómoda y adecuada para vuelos largos en barcos o estaciones de investigación.

Ingenieros espaciales

Los creadores del juego saben cómo crear gravedad artificial. Sin embargo, en este mundo de fantasía, la gravedad no es la atracción mutua de los cuerpos, sino una fuerza lineal diseñada para acelerar los objetos en una dirección determinada. La atracción aquí no es absoluta; cambia cuando se redirige la fuente.

La gravedad artificial en la estación espacial se crea mediante un generador especial. Es uniforme y equidireccional en el rango del generador. Entonces, en el mundo real, si te metes debajo de un barco que tiene un generador instalado, serías arrastrado hacia el casco. Sin embargo, en el juego el héroe caerá hasta salir del perímetro del dispositivo.

Hoy en día, la gravedad artificial en el espacio creada por un dispositivo de este tipo es inaccesible para la humanidad. Sin embargo, incluso los desarrolladores canosos no dejan de soñar con ello.

Generador esférico

Esta es una opción de equipamiento más realista. Cuando se instala, la gravedad se dirige hacia el generador. Esto permite crear una estación cuya gravedad será igual a la planetaria.

Centrífugo

Hoy en día, la gravedad artificial en la Tierra se encuentra en varios dispositivos. Se basan, en su mayor parte, en la inercia, ya que sentimos esta fuerza de manera similar a la influencia gravitacional: el cuerpo no distingue qué causa causa la aceleración. Por ejemplo: una persona que sube en un ascensor experimenta la influencia de la inercia. A través de los ojos de un físico: la subida del ascensor suma la aceleración de la cabina a la aceleración de caída libre. Cuando la cabina vuelve al movimiento mesurado, el “ganancia” de peso desaparece, volviendo a las sensaciones habituales.

Los científicos llevan mucho tiempo interesados ​​en la gravedad artificial. Para estos fines se utiliza con mayor frecuencia una centrífuga. Este método es adecuado no sólo para naves espaciales, sino también para estaciones terrestres donde es necesario estudiar los efectos de la gravedad en el cuerpo humano.

Estudia en la Tierra, aplica en...

Aunque el estudio de la gravedad se inició en el espacio, es una ciencia muy terrestre. Incluso hoy en día, los avances en este ámbito han encontrado aplicación, por ejemplo, en la medicina. Sabiendo si es posible crear gravedad artificial en un planeta, se puede utilizar para tratar problemas del sistema musculoesquelético o del sistema nervioso. Además, el estudio de esta fuerza se lleva a cabo principalmente en la Tierra. Esto hace posible que los astronautas realicen experimentos mientras permanecen bajo la estrecha atención de los médicos. La gravedad artificial en el espacio es otra cuestión; allí no hay personas que puedan ayudar a los astronautas en caso de una situación imprevista.

Teniendo en cuenta la total ingravidez, no se puede tener en cuenta un satélite ubicado en una órbita terrestre baja. Estos objetos, aunque en pequeña medida, se ven afectados por la gravedad. La fuerza de gravedad generada en tales casos se llama microgravedad. La gravedad real sólo se experimenta en un vehículo que vuela a velocidad constante en el espacio exterior. Sin embargo, el cuerpo humano no siente esta diferencia.

Puede experimentar la ingravidez durante un salto de longitud (antes de que se abra el dosel) o durante un descenso parabólico del avión. Este tipo de experimentos se llevan a cabo a menudo en los EE. UU., pero en un avión esta sensación dura sólo 40 segundos, lo que es demasiado corto para un estudio completo.

En la URSS, allá por 1973, se sabía si era posible crear gravedad artificial. Y no sólo lo crearon, sino que también lo cambiaron de alguna manera. Un ejemplo sorprendente de reducción artificial de la gravedad es la inmersión en seco, la inmersión. Para lograr el efecto deseado, es necesario colocar una película gruesa sobre la superficie del agua. La persona se coloca encima. Bajo el peso del cuerpo, el cuerpo se hunde bajo el agua, dejando solo la cabeza en la parte superior. Este modelo demuestra el entorno de baja gravedad y sin soporte que caracteriza al océano.

No es necesario ir al espacio para experimentar la fuerza opuesta a la ingravidez: la hipergravedad. Cuando una nave espacial despega y aterriza en una centrífuga, la sobrecarga no sólo se puede sentir, sino también estudiar.

Tratamiento por gravedad

La física gravitacional también estudia los efectos de la ingravidez en el cuerpo humano, intentando minimizar sus consecuencias. Sin embargo gran número Los logros de esta ciencia también pueden ser útiles para los habitantes corrientes del planeta.

Los médicos depositan grandes esperanzas en la investigación del comportamiento de las enzimas musculares en la miopatía. Esta es una enfermedad grave que conduce a una muerte prematura.

Durante el ejercicio físico activo, una gran cantidad de la enzima creatina fosfoquinasa ingresa a la sangre de una persona sana. La razón de este fenómeno no está clara; tal vez la carga afecta la membrana celular de tal manera que se vuelve "agujereada". Los pacientes con miopatía obtienen el mismo efecto sin ejercicio. Las observaciones de los astronautas muestran que en gravedad cero, el flujo de enzima activa a la sangre se reduce significativamente. Este descubrimiento sugiere que el uso de la inmersión reducirá el impacto negativo de los factores que conducen a la miopatía. Actualmente se están realizando experimentos con animales.

El tratamiento de algunas enfermedades ya se lleva a cabo utilizando datos obtenidos del estudio de la gravedad, incluida la gravedad artificial. Por ejemplo, el tratamiento de la parálisis cerebral, los accidentes cerebrovasculares y el Parkinson se lleva a cabo mediante el uso de trajes antiestrés. La investigación sobre los efectos positivos del soporte, el zapato neumático, casi ha concluido.

¿Volaremos a Marte?

Los últimos logros de los astronautas dan esperanzas sobre la realidad del proyecto. Existe experiencia en brindar apoyo médico a una persona durante una larga estadía lejos de la Tierra. Los vuelos de investigación a la Luna, cuya fuerza gravitacional es 6 veces menor que la nuestra, también han aportado muchos beneficios. Ahora los astronautas y científicos se están fijando un nuevo objetivo: Marte.

Antes de hacer cola para obtener un boleto al Planeta Rojo, debe saber lo que le espera al cuerpo en la primera etapa del trabajo: en el camino. En promedio, el camino hacia el planeta desértico tardará un año y medio, unos 500 días. En el camino tendrás que confiar sólo en ti mismo. propia fuerza, simplemente no hay dónde esperar para recibir ayuda.

Muchos factores socavarán su fuerza: estrés, radiación, falta de campo magnético. La prueba más importante para el cuerpo es el cambio de gravedad. Durante el viaje, una persona se “familiarizará” con varios niveles de gravedad. En primer lugar, se trata de sobrecargas durante el despegue. Luego, la ingravidez durante el vuelo. Después de esto, hipogravedad en el destino, ya que la gravedad en Marte es menos del 40% de la de la Tierra.

¿Cómo se afrontan los efectos negativos de la ingravidez en un vuelo largo? Se espera que los avances en el campo de la gravedad artificial ayuden a resolver este problema en un futuro próximo. Los experimentos con ratas que viajan en el Cosmos 936 muestran que esta técnica no resuelve todos los problemas.

La experiencia de OS ha demostrado que el uso de complejos de entrenamiento que permiten determinar individualmente la carga requerida para cada astronauta puede aportar beneficios mucho mayores al cuerpo.

Por ahora, se cree que no sólo los investigadores volarán a Marte, sino también los turistas que quieran establecer una colonia en el Planeta Rojo. Para ellos, al menos por primera vez, la sensación de estar en ingravidez superará todos los argumentos de los médicos sobre los peligros de una estancia prolongada en tales condiciones. Sin embargo, dentro de unas semanas también necesitarán ayuda, por eso es tan importante poder encontrar una manera de crear gravedad artificial en la nave espacial.

Resultados

¿Qué conclusiones se pueden sacar sobre la creación de gravedad artificial en el espacio?

Entre todas las opciones que se están considerando actualmente, una estructura giratoria parece la más realista. Sin embargo, con la comprensión actual de las leyes físicas, esto es imposible, ya que el barco no es un cilindro hueco. En el interior hay superposiciones que interfieren con la implementación de ideas.

Además, el radio del barco debe ser tan grande que el efecto Coriolis no tenga un efecto significativo.

Para controlar algo como esto, necesitas el cilindro O'Neill mencionado anteriormente, que te permitirá controlar la nave. En este caso, aumentan las posibilidades de utilizar un diseño de este tipo para vuelos interplanetarios y al mismo tiempo proporcionar a la tripulación un nivel cómodo de gravedad.

Antes de que la humanidad consiga hacer realidad sus sueños, me gustaría ver un poco más de realismo y aún más conocimiento de las leyes de la física en las obras de ciencia ficción.