Gravité artificielle grâce à la force centrifuge

Il y a le réveillon à préparer... et de plus amples explications seront données l'année prochaine -si nécessaire ... après un petit délai pour récupérer !
Disons que dans un référentiel cylindro centrique (sans rotation ) cet astronaute sera en mouvement rectiligne uniforme et suivra donc une "corde" pour aller heurter la paroi du cylindre plus loin ... mais on ne peut dire qu'il tombera ... ce verbe suggérant un champ de pesanteur qui n'existe pas .

Giwa a écrit:
Disons que dans un référentiel cylindro centrique (sans rotation ) cet astronaute sera en mouvement rectiligne uniforme et suivra donc une "corde" pour aller heurter la paroi du cylindre plus loin ... 

Dans ce référenciel, les calculs sont assez simples et c'est comme ça que j'ai procédé.

On calcule l'intersection de la trajectoire avec le cercle qui représente la paroi du cylindre. Avec ça, on calcule la longueur de la corde et celle de l'arc qu'elle sous-tend. Avec la longueur de la corde et la vitesse, on calcule la durée de saut. Avec cette durée, on calcule l'arc parcouru par le cylindre en tournant. Et on se rend compte que les deux arcs sont différents, donc on s'est déplacé horizontalement même en sautant verticalement.

J'ai fait les calculs avec l'exemple donné sur Wikipedia : cercle de 224 m de rayon tournant à 2 tr/min.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_centrifuge
Et j'ai supposé une vitesse verticale de 3 m/s pour le sauteur (à pieds joints)
Si je ne me suis pas trompé, il retombe à 13 cm environ (la largeur de la chaussure)

On peut aussi calculer la flêche correspondant à cette corde, ce qui donne la hauteur du saut. Voisine mais très légèrement inférieure à celle qu'on aurait sur terre.

Starking a écrit:

Giwa a écrit:
Disons que dans un référentiel cylindro centrique (sans rotation ) cet astronaute sera en mouvement rectiligne uniforme et suivra donc une "corde" pour aller heurter la paroi du cylindre plus loin ... 

Dans ce référenciel, les calculs sont assez simples et c'est comme ça que j'ai procédé.

On calcule l'intersection de la trajectoire avec le cercle qui représente la paroi du cylindre. Avec ça, on calcule la longueur de la corde et celle de l'arc qu'elle sous-tend. Avec la longueur de la corde et la vitesse, on calcule la durée de saut. Avec cette durée, on calcule l'arc parcouru par le cylindre en tournant. Et on se rend compte que les deux arcs sont différents, donc on s'est déplacé horizontalement même en sautant verticalement.

J'ai fait les calculs avec l'exemple donné sur Wikipedia : cercle de 224 m de rayon tournant à 2 tr/min.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_centrifuge
Et j'ai supposé une vitesse verticale de 3 m/s pour le sauteur (à pieds joints)
Si je ne me suis pas trompé, il retombe à 13 cm environ (la largeur de la chaussure)

On peut aussi calculer la flêche correspondant à cette corde, ce qui donne la hauteur du saut. Voisine mais très légèrement inférieure à celle qu'on aurait sur terre.

Merci Starking pour ces calculs ! C'est effectivement ce que je pensais qu'il fallait faire et c'est d’ailleurs une bonne illustration de l'intérêt d'utiliser plusieurs référentiels et de savoir en changer pour résoudre certains problèmes de Mécanique .
NB : ce qui distingue fondamentalement les forces centripètes (réelles) des forces de gravitation, c'est que les premières sont des forces de contact et non à distance.Reste à peaufiner cette étude en quittant le vide pour une atmosphère artificielle à l'intérieur du cylindre.

/HS

Salut Starking.

/end HS

Astro-notes a écrit:/HS

Salut Starking.

/end HS

Tu vois, j'ai travaillé sur ton TP

:)

Plus je réfléchis à la question du cylindre comme design de vaisseau spatial et plus je réalise que... 

1) son architecture interne ne peut être dessinée sur des aires ouvertes, parce qu'il faudra aux humains d'une panoplie de prises sur lesquelles s'agripper afin de se retenir ou se propulser dans une direction ou une autre. Même au sol, il faudra un plancher légèrement adhérant pour retenir la matière de "décoller" sous l'impulsion d'une vibration ou d'un déplacement de fluides gazeux ou liquides le moindrement important. Il faudra de nombreux plafonds pour retenir la matière projetée de "partir" dans le vide gravitationnel. Ce seront ces nouveaux planchers, ou ces "tiges" étagés qui retiendront, pour une large part, les marcheurs à sa surface, du fait de la dynamique d'entraînement sol-agrippant-la matière. (J'ai l'image en tête d'un plancher qui retient vers lui les pieds du marcheur; les pieds étant reliés physiquement aux jambes, puis au bassin, puis au torse, aux bras, à la tête...alouette !)

2) D'autre part, la contribution et les effets du déplacement des fluides gazeux ou liquides devra être considéré attentivement. Les masses atmosphériques et liquides (nuageuses pour une grande part ?) vont devoir être contrôlées efficacement par un système de climatisation ultra-sophistiqué afin a) d'assurer un "brassage" d'air suffisant aux transferts de chaleur, d'humidité, de densité et de mélanges gazeux nécessaires à la respiration.
Et b) afin d'éviter des accumulations de pressions atmosphériques au sol ou des manques de pression proches du vacuum.
Encore là l'architecture et le design intérieur du cylindre devra être conçu pour répondre à ces contraintes. Un circuit fermé de pompage, de transferts, de récupération, d'échangeurs et d'aération immenses devra être installé.


3)  L'accélération constante du vaisseau dans une direction x , nécessaire à un délai de voyage relativement "économique", va imposer au design de l'engin une pesanteur de 1g (et pas plus, sous peine d'écrasement progressif des passagers) versus le mouvement rotatif dans la direction y du cylindre. C'est l'effet "fusée de Tintin" qui pousse le plancher de la cabine vers les astronautes et les entraînant ainsi avec lui vers le "haut". Cet effet rentrerait en conflit avec l'effet différent, perpendiculaire à la poussée, du cylindre rotatif, l'annihilant en fait, parce que plus direct et plus puissant.

4) Donc, durant tout le voyage vers l'étoile de destination, ce serait "L'effet Tintin" qui dominerait, rendant le concept du cylindre rotatif caduc. Ce concept ne serait pratique qu'une fois "à l'arrêt", sans propulsion aucune et en "stationnement" dans le vide. C'est d'ailleurs de cette manière qu'Alastair Reynolds conçoit l'utilisation de la poussée propulsive et de la structure rotative dans ses récits de hard sci-fi. La rotation de certaines zones du vaisseau pourrait être activée aux moments d'arrêts et stoppée lors des déplacements propulsifs, question de ne pas donner la nausée aux passagers et de ne pas briser les mécanismes  !

Après discussion sur un autre sujet de ce forum (https://astronautique.actifforum.com/t16473p15-acceleration-a-1g), merci Starking entr'autres, je réalise que l'effet "Tintin" ne peut être atteint qu'à une accélération constante phénoménale du véhicule, grâce à des moteurs de la puissance du soleil dans le capot! 

Donc, il n'y a pas d'effet de pesanteur possible et significative d'engendrée sur le concept de cylindre rotatif. 

Donc, le principe de cylindre rotatif comme système pour créer une pesanteur artificielle reste pertinent. Ouf ! J'ai eu peur d'avoir a repenser mon récit sf depuis ses bases de probabilité ! Les fondements scientifiques "hard" de la fiction tiennent le coup et vont me permettre de poursuivre ma réflexion au niveau sociétal. Le décor planté à l'origine reste solidement debout et je vais pouvoir élaborer plus avant sur le mode de vie des passagers.

Bonjour à tous. Au sujet de la gravité artificielle, il suffit de faire tourner quelque chose à un rayon suffisamment grand à une vitesse de rotation suffisante, ce qui fait une force d'inertie d'entrainement (accélération d'inertie d'entrainement = vitesse rotation ² * rayon de la trajectoire de rotation).

1)Ainsi, pour un petit vaisseau de 16.3m de diamètre, pour une personne de 2m, on a une accélération de g=9.81 m.s-2 aux pieds et 8.7 (plus ou moins) à la tête, donc une variation d'en gros 10% entre les pieds et la tête. Est-ce grave ? Le ressent-on ?

2) Y'a-t-il d'autre problèmes liés aux force de Coriolis comme le dit Wikipédia ? Personnellement, je ne crois pas, à moins de courir dans le vaisseau, pas trop possible car la partie accessible du vaisseau fait à peine 25 m de long et 10 de diamètre, et pour la circulation sanguine, pas de soucis  puisque dans une artère, c'est du 200mm.s-1, donc du 0.03 m.s-2, c'est rien comparé à 1g.


Merci d'avance de vos réponses  :ven:

[mod]Fusion des sujets car nous avons déjà pas mal parlé de cette thématique.

PS : la fonction de recherche du forum étant, hum, disons "limitée", parfois il est plus facile d'utiliser Google avec les mots clé "forum conquête spatiale xxxxx xxxxx" pour trouver votre bonheur (ici xxxxx xxxxx = gravité Coriolis).[/mod]

[adm]2/5/2021 :Chose qui n'est plus valable avec FCS 4.0
Wakka[/adm]

[mod]Digression au sujet du retour sur Terre de Crew 1, certains astronautes arrivant à s'extraire de la capsule sur leurs pieds, et d'autres assistés par le personnel de récupération.

Thierz[/mod]

Ce n’est pas demain la veille que l’Homme se posera sur Mars !

Disons que le premier équipage qui atterrira sur Mars aura plus de problèmes que le second... On apprend en marchant.

wettnic a écrit:Ce n’est pas demain la veille que l’Homme se posera sur Mars !

La gravité n'y est que d'un tiers de celle de la Terre. Je pense pas que la mise en jambe sera la plus grande difficulté du voyage

A voire ! Ce n’est que pure spéculation. C’est le moment de mettre au point une centrifugeuse grand format dans l’espace au lieu d’empiler des boîtes de conserves. La microgravité c’est la finalisation du procrastinateur !

wettnic a écrit:A voire ! Ce n’est que pure spéculation. C’est le moment de mettre au point une centrifugeuse grand format dans l’espace au lieu d’empiler des boîtes de conserves. La microgravité c’est la finalisation du procrastinateur !

Je suis d'accord.
Je n'ai toujours pas compris pourquoi nous n'avons toujours pas essayer de faire une centrifugeuse en orbite.
Avec la protection des astronautes contre les radiations, et l'autarcie (oxygène, eau, nourriture fraiche), c'est de mon point de vue les 3 points bloquants avant un voyage sur Mars.

vp a écrit:

wettnic a écrit:A voire ! Ce n’est que pure spéculation. C’est le moment de mettre au point une centrifugeuse grand format dans l’espace au lieu d’empiler des boîtes de conserves. La microgravité c’est la finalisation du procrastinateur !

Je suis d'accord.
Je n'ai toujours pas compris pourquoi nous n'avons toujours pas essayer de faire une centrifugeuse en orbite.
Avec la protection des astronautes contre les radiations, et l'autarcie (oxygène, eau, nourriture fraiche), c'est de mon point de vue les 3 points bloquants avant un voyage sur Mars.

ce sont des problèmes qui concernent d'abord le voyage .... puis le séjour sur une planète à gravité réduite.

Déjà abordé depuis longtemps .... mais peut-être à découvrir ou relire dans la partie technique :
Fil initié en 2006 : https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t936p25-faibles-gravites-et-sante-humaine
Fil repris en 2015 : https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t17256-faibles-gravites-et-sante-humaine-2

N'hésitez pas à relancer la discussion sur le plus récent ..... de nouvelles possibilités sont probablement envisageables.
Mars c'est encore pour "dans 20 ans" ... mais la Lune, la Gateway c'est plus proche.

Alors pour rêver un peu ......



https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronautique-nautilus-x-futur-engin-spatial-nasa-28739/

Il va falloir faire des compromis! La gravité artificielle du Nautilus X sera-t-elle suffisante? Quid de la force de Coriolis? Quid de la vue dehors depuis une centrifugeuse (tout tourne!!)? 
Même si les astronautes avaient bénéficié d'une gravité artificielle, il fallait quand-même rentrer avec une phase d'impesanteur, une phase de décélération et être balloté sur l'eau! Passer d'un état à l'autre si rapidement, n'est-ce pas plus perturbant pour le système vestibulaire que ce qu'ils viennent de vivre ?

Il faut faire revenir Braun ! 

[mod]Rapatriement des messages sur la gravité artificielle depuis le fil de USCV-1[/mod]

wettnic a écrit:C’est le moment de mettre au point une centrifugeuse grand format dans l’espace au lieu d’empiler des boîtes de conserves. La microgravité c’est la finalisation du procrastinateur !

vp a écrit:Je n'ai toujours pas compris pourquoi nous n'avons toujours pas essayer de faire une centrifugeuse en orbite.

Je plussoie énergiquement !

C'est clair !
Peut être est ce du à cette vision à court terme qui prévaut depuis la fin du programme Apollo. Si on "installait" l'exploration spatiale sur plusieurs centaines d'années, on aurait déjà des navettes, un port spatial et un vaisseau pourvu d'une gravité artificielle pour transporter des humains. Peut être pas quelque chose de très abouti mais la base de travail serait là.
Le plus terrible dans l'histoire c'est que des "grands Hommes", autrement dit des scientifiques, ont déjà dressé les feuilles de route. Mais on préfère écouter des hommes d'affaires. On va dans un mur et on progresse peu.

Ceci-dit, une centrifugeuse « physiologique » (moins de 2 tours/min pour 1g) n’est pas une mince affaire. Si de plus on la veut mobile, c’est à dire propulsive, la précession et autres forces deviennent de gros problèmes structurels. Une station à la 2001 n’est pour l’instant pas envisageable. Une centrifugeuse à l’intérieur d’un vaisseau par contre pourrait éviter les effets néfastes de la microgravité... du moins il faudrait l’expérimenter et dans Starship il devrait y avoir assez de place pour cela.

Oui, depuis le temps que l'on en parle, si c'était facilement faisable, ce serait fait. Mais peut-être que les forces mécaniques sont un casse tête insoluble pour le moment, sans parler des mouvements de précession qui sont les premiers qui viennent à l'esprit, il reste les phénomènes de vibration mécanique, électrique (rotation dans un champ magnétique et rayonnements électromagnétiques solaire). Par contre j'aurai cru que des micro tests en cabine de l'ISS auraient été menés. N'y avait-il pas eu un projet dans ce sens sur la station, annulé par la suite ? 

Astro-notes a écrit:Oui, depuis le temps que l'on en parle, si c'était facilement faisable, ce serait fait. Mais peut-être que les forces mécaniques sont un casse tête insoluble pour le moment, sans parler des mouvements de précession qui sont les premiers qui viennent à l'esprit, il reste les phénomènes de vibration mécanique, électrique (rotation dans un champ magnétique et rayonnements électromagnétiques solaire). Par contre j'aurai cru que des micro tests en cabine de l'ISS auraient été menés. N'y avait-il pas eu un projet dans ce sens sur la station, annulé par la suite ? 

Si, le module de la JAXA nommé CAM, dont la contruction a été débutée puis abandonnée "en 2005 (...) à cause des dépassements de coûts de la station et des problèmes de planification des vols de la navette pour l'assemblage de la station", selon Wikipedia.

Ok Thierz, je savais qu'il y avait eu quelque chose comme tu nous le rappelles. Merci. 

Le problème est simple. Quel est le rapport de prix entre une étude de la physiologie ou plutôt de la pathophysiologie de l’être humain en microgravité ou celle sur la gravité artificielle. Concernant la première, le cobaye est le cosmonaute, astronaute, spationaute, taikonaute et autres tout là haut-aunautes ( comment s’appelleron le indiens?) et c’est gratuit ! Pour l’autre étude il faut débourser un peu plus. Voilà tout est dit !