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Gravidade artificial por meio da força centrífuga

1900
  • Konstantin Tsiolkovsky
Interior de uma espaçonave cilíndrica demonstrando gravidade artificial por meio da força centrífuga na engenharia aeroespacial.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A gravidade artificial pode ser criada em uma espaçonave através da rotação da estrutura. Os ocupantes sentem uma força centrífuga empurrando-os em direção ao casco externo, simulando a gravidade. A magnitude dessa gravidade aparente é dada por [latex]a = omega^2 r[/latex], onde [latex]omega[/latex] é a velocidade angular e [latex]r[/latex] é o raio de rotação. Isso é proposto para neutralizar os efeitos negativos da ausência de gravidade a longo prazo na saúde.

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 força 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.

O conceito foi proposto cientificamente pela primeira vez por Konstantin Tsiolkovsky em 1903. Posteriormente, Wernher von Braun e outros pioneiros da exploração espacial incorporaram projetos rotativos em suas propostas para estações espaciais e naves interplanetárias. Embora nenhuma espaçonave tripulada tenha sido construída ainda com um sistema completo de gravidade artificial, inúmeros estudos de projeto, como o Stanford Torus e o Cilindro de O'Neill, exploraram habitats rotativos em grande escala. Em menor escala, centrífugas são usadas em solo para treinar pilotos e astronautas a suportar forças G elevadas e para conduzir pesquisas sobre os efeitos da hipergravidade em organismos.

UNESCO Nomenclature: 3302
Engenharia e tecnologia aeronáutica

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Incremental

Uso

Conceitual/Teórico

Precursores

  • Mecânica newtoniana e o conceito de força centrífuga
  • teoria inicial de foguetes (Tsiolkovsky)
  • compreensão dos efeitos fisiológicos da ausência de gravidade

Aplicações

  • Projetos propostos para missões espaciais de longa duração (por exemplo, para Marte)
  • representações de estações espaciais na ficção científica (ex: toroide de Stanford, cilindro de Öhneil)
  • Centrífugas humanas para treinamento de astronautas e pesquisa aeroespacial

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • variable gravity research facilities on earth
  • compact, deployable rotating habitats for interplanetary missions
  • centrifuge-based sleeping quarters for astronauts on long voyages
  • artificial gravity systems for plant and animal habitats in space
  • hybrid spacecraft designs with both zero-g and artificial-g sections
  • centrifugal casting of materials in microgravity
  • therapeutic centrifuges for medical treatments in space
  • recreational centrifuges for space tourism
  • advanced control systems to manage wobble and vibration in large rotating structures
  • bio-feedback systems to help humans adapt to rotating environments
Relacionado a: gravidade artificial, força centrífuga, estação espacial, referencial rotativo, ausência de peso. exploração espacialTsiolkovsky, efeito Coriolis, astronauta, engenharia aeroespacial.

Contexto histórico

Gravidade artificial por meio da força centrífuga

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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