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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.

The creation of artificial gravity is considered essential for long-term human spaceflight to mitigate the adverse health effects of weightlessness, such as muscle atrophy and bone density loss. The most practical proposed method is to use fuerza centrífuga. By spinning a spacecraft or a section of it, an inertial force is generated that pushes everything inside towards the outer wall. From the perspective of an astronaut in this rotating frame, this outward push is indistinguishable from gravity. The strength of this “gravity” depends on the radius of the rotating structure and its rate of spin. A larger radius allows for a slower rotation rate to achieve Earth-like gravity ([latex]1g[/latex]), which is desirable to minimize disorienting effects like the Coriolis effect. For example, a structure with a radius of 224 meters would need to rotate at 2 revolutions per minute (RPM) to simulate 1g. Smaller radii require much faster rotation, which can cause motion sickness and other physiological problems. This trade-off between size, structural mass, and physiological comfort is a major challenge in designing rotating spacecraft.

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

  • Instalaciones de investigación de gravedad variable en la Tierra
  • Hábitats rotatorios compactos y desplegables para misiones interplanetarias
  • Dormitorios basados ​​en centrifugadoras para astronautas en viajes largos
  • Sistemas de gravedad artificial para hábitats de plantas y animales en el espacio
  • diseños de naves espaciales híbridas con secciones de gravedad cero y gravedad artificial
  • Fundición centrífuga de materiales en microgravedad
  • Centrífugas terapéuticas para tratamientos médicos en el espacio
  • Centrífugas recreativas para el turismo espacial
  • Sistemas de control avanzados para gestionar el bamboleo y la vibración en grandes estructuras giratorias
  • Sistemas de biorretroalimentación para ayudar a los humanos a adaptarse a entornos rotatorios
Relacionado con: gravedad artificial, fuerza centrífuga, estación espacial, marco de referencia giratorio, ingravidez, exploración espacialTsiolkovsky, efecto Coriolis, astronauta, ingeniería aeroespacial.

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)

décimo año aniversario

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