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Gravedad artificial mediante fuerza centrífuga

1900
  • Konstantin Tsiolkovsky
Interior de una nave espacial cilíndrica que demuestra la gravedad artificial a través de la fuerza centrífuga en la ingeniería aeroespacial.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Se puede crear gravedad artificial en una nave espacial mediante la rotación de la estructura. Los ocupantes sienten una fuerza centrífuga Empujándolos hacia el casco exterior, imitando la gravedad. La magnitud de esta gravedad aparente viene dada por [latex]a = omega^2 r[/latex], donde [latex]omega[/latex] es la velocidad angular y [latex]r[/latex] es el radio de rotación. Esto se propone para contrarrestar los efectos negativos para la salud de la ingravidez prolongada.

La creación de gravedad artificial se considera esencial para los vuelos espaciales tripulados de larga duración, ya que permite mitigar los efectos adversos de la ingravidez en la salud, como la atrofia muscular y la pérdida de densidad ósea. El método propuesto más práctico consiste en utilizar la fuerza centrífuga. Al hacer girar una nave espacial o una sección de ella, se genera una fuerza inercial que empuja todo lo que se encuentra en su interior hacia la pared exterior. Desde la perspectiva de un astronauta en este sistema de referencia giratorio, este empuje hacia afuera es indistinguible de la gravedad. La intensidad de esta «gravedad» depende del radio de la estructura giratoria y de su velocidad de rotación. Un radio mayor permite una velocidad de rotación más lenta para lograr una gravedad similar a la terrestre (1g), lo cual es deseable para minimizar efectos desorientadores como el efecto Coriolis. Por ejemplo, una estructura con un radio de 224 metros necesitaría girar a 2 revoluciones por minuto (RPM) para simular 1g. Los radios más pequeños requieren una rotación mucho más rápida, lo que puede provocar mareo y otros problemas fisiológicos. Esta disyuntiva entre tamaño, masa estructural y comodidad fisiológica supone un reto importante en el diseño de naves espaciales giratorias.

El concepto fue propuesto científicamente por primera vez por Konstantin Tsiolkovsky en 1903. Posteriormente, Wernher von Braun y otros pioneros espaciales incorporaron diseños rotatorios en sus propuestas para estaciones espaciales y naves interplanetarias. Si bien aún no se ha construido ninguna nave espacial tripulada con un sistema de gravedad artificial completo, numerosos estudios de diseño, como el Stanford Torus y el O'Neill Cylinder, han explorado hábitats rotatorios a gran escala. A menor escala, las centrifugadoras se utilizan en tierra para entrenar a pilotos y astronautas a soportar fuerzas G elevadas y para realizar investigaciones sobre los efectos de la hipergravedad en los organismos.

UNESCO Nomenclature: 3302
- Ingeniería y tecnología aeronáuticas

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Incremental

Uso

Conceptual/Teórico

Precursores

  • La mecánica newtoniana y el concepto de fuerza centrífuga
  • teoría temprana de la cohetería (Tsiolkovsky)
  • comprensión de los efectos fisiológicos de la ingravidez

Aplicaciones

  • diseños propuestos para misiones espaciales de larga duración (por ejemplo, a Marte)
  • Representaciones de estaciones espaciales en la ciencia ficción (por ejemplo, el toro de Stanford, el cilindro de O'Neill).
  • Centrífugas humanas para el entrenamiento de astronautas y la investigación aeroespacial

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Related to: artificial gravity, centrifugal force, space station, rotating reference frame, weightlessness, space exploration, Tsiolkovsky, Coriolis effect, astronaut, aerospace engineering.

Contexto histórico

Gravedad artificial mediante fuerza centrífuga

1890
1890
1899-01-01
1900
1903
1906
1910
1886-04-23
1890
1897
1900
1900
1903-05-10
1910
1910

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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