Welche Empfindungen würde ich in einem Space Elevator empfinden?

Ich werde versuchen, ohne Mathematik zu antworten, da ich nicht weiß, wie man in diesen Antworten mathematische Notationen eingibt.

Also lass es uns aufschlüsseln. Die erste zu berücksichtigende Kraft ist die Schwerkraft, und dafür nehmen wir an, Sie befinden sich in einer beliebigen Höhe. Auf Meereshöhe erleben Sie natürlich ein g Schwerkraft (ich werde "Kraft" verwenden, wenn der korrektere Begriff "Beschleunigung" wäre, aber bei einer konstanten Masse sind die beiden äquivalent genug), und diese Kraft fällt als ab umgekehrtes Quadrat der Entfernung vom Erdmittelpunkt. Bei einem Erdradius (dh der Oberfläche) fühlen Sie also 1 g, bei 2 Radien oder 4.000 Meilen Höhe fühlen Sie 1/4 g und bei 3 Radien oder 8.000 Meilen Höhe fühlen Sie 1/9 g usw.

Aber das ist nur die Schwerkraft. Es gibt auch Zentripetalkraft, da Sie nicht nur bewegungslos schweben, während sich die Erde unter Ihnen dreht, sondern wie ein Stein an einer Schnur herumgeschleudert werden. Diese Kraft steigt linear mit Ihrer Entfernung vom Erdmittelpunkt an, also hat sich Ihre Zentripetalkraft in 4.000 Meilen Höhe verdoppelt, und in 8.000 Meilen hat sie sich verdreifacht usw. Sie ist auch in die entgegengesetzte Richtung wie die Gravitationskraft.

Wenn Sie von der Oberfläche aufsteigen, beginnt die Gravitationskraft viel stärker als die Zentripetalkraft (sonst würden Menschen am Boden in den Weltraum geschleudert), fällt aber schnell ab, während die Zentripetalkraft stetig zunimmt. Der Ort, an dem die beiden genau ausgeglichen sind, ist die geostationäre Höhe. Für die Erde sind es etwa 22.200 Meilen. Danach übersteigt die nach außen ziehende Zentripetalkraft die nach innen ziehende Schwerkraft.

Wenn Sie also mit konstanter Geschwindigkeit den Aufzug hinauffahren würden, würden Sie spüren, wie Sie ziemlich schnell leichter werden. Bei 22.200 Meilen Höhe würden Sie sich schwerelos fühlen, und danach würden Sie einen Ruck „nach oben“ in Richtung Decke spüren. Sie setzten Ihre Füße auf das, was früher die Decke war, und Sie konnten "nach oben" schauen und die Erde sehen. Dieser Zug würde zunehmen, bis Sie das Ende des Halteseils erreichen, und es könnte weniger als das 1 g sein, das Sie auf der Oberfläche spüren, oder viel mehr.

Aber es gibt noch eine andere Kraft, die auf Sie einwirkt, und das ist eine einfache lineare Beschleunigung, wenn Sie auf Geschwindigkeit kommen. Das Hinauf- und Herunterfahren des Aufzugs müsste ziemlich flink sein, vielleicht ein paar Mal so schnell wie der Schall, damit die Fahrt nicht Wochen oder Monate dauert. Das Problem ist, wenn Sie direkt vom Boden aus beschleunigen, fügt die Schwerkraft der Erde ihre Kraft zu dieser Beschleunigungskraft hinzu. (Kampfpiloten wissen, dass ihre Flugzeuge und ihre Körper mehr Beschleunigung nach unten als nach oben vertragen.) Wenn ich ein kluger Konstrukteur wäre, würde ich lange Beschleunigungstunnel bauen, die entlang des Bodens verlaufen und sich allmählich nach oben krümmen, um auf den Aufzugsschacht zu treffen, so dass einige oder Der größte Teil der Beschleunigung könnte ohne zusätzliche Schwerkraft stattfinden. Das würde den Körper der Passagiere etwas entlasten. (Und jetzt, wo ich darüber nachdenke,

Und das Bremsen am anderen Ende würde auch die nach außen gerichtete Zentripetalkraft erhöhen (die mit zunehmender Fahrt zunimmt, denken Sie daran). Tatsächlich stelle ich mir vor, dass nur wenige Menschen tatsächlich zum anderen Ende reisen würden, weil das Bremsen so lange dauern und so viel Energie erfordern würde (ganz zu schweigen von der Rückfahrt). Der meiste Verkehr zum anderen Ende wäre ausgehendes Raumschiff und für sie würde überhaupt nicht gebremst werden. Das Fahrzeug würde weggeschleudert werden wie Davids Stein, der Goliath erschlug. Die Passagiere in diesem Fahrzeug würden eine gewisse Seitenkraft spüren, wenn ihre Quergeschwindigkeit (dh senkrecht zur Radialgeschwindigkeit) zunimmt. Aber das hängt von der Steifigkeit und dem Design des Aufzugsschachts ab. (Stellen Sie sich vor, Sie schleudern eine Bleikugel mit einem Rohr. Ein starres Rohr funktioniert ziemlich gut. Ein flexibles Rohr nicht.

Es hängt also viel von den Designentscheidungen ab, die im Aufzug getroffen werden. Wenn die Nutzlast aus 22.200 Meilen Entfernung den ganzen Weg beschleunigen könnte, würde dies die Mündungsgeschwindigkeit (sozusagen) maximieren, aber einige Anforderungen an die Biegefestigkeit des Höhenruders stellen. Wenn andererseits die Nutzlast am anderen Ende zum Stillstand kam und dann losgelassen wurde, würde dies keine Biegekraft auf die Spitze des Aufzugs ausüben, sondern etwas Geschwindigkeit verschwenden. Ein Kompromiss wäre ein Aufzug mit einer gebogenen Spitze, um die Biegespannung an der Spitze zu reduzieren und gleichzeitig dem abfliegenden Raumschiff viel Schub zu geben. (Siehe Larry Nivens „Integral Trees“ für eine analoge Konfiguration.)

Also das kann ich mir vorstellen. Ein Passagier steigt in einen Waggon vielleicht 50 Meilen vom eigentlichen Aufzug entfernt. Es beschleunigt zügig mit vielleicht 2 g. Die Strecke krümmt sich allmählich nach oben, um den Hauptstamm zu treffen. Die Beschleunigung wird verlangsamt oder gestoppt, um die 2 g auf den Passagieren aufrechtzuerhalten. Dann, wenn das Auto steigt und die Schwerkraft schwächer wird, beginnt es wieder zu beschleunigen, wobei die Netto-2 g beibehalten werden. (Wie lange könnten Passagiere 2 g aushalten? Stunden? Tage? Das könnte ein begrenzender Faktor sein.) An einem bestimmten Punkt beginnt das Bremsen und an einem anderen, möglicherweise anderen Punkt, gibt es freien Fall und dann Decken- und Bodenüberschlag. Es gibt weitere Stunden von 2 g, diesmal aus Verzögerung plus Zentripetalkraft (abzüglich der schwächenden Schwerkraft). Das Auto kommt irgendwo über 22.200 zum Stehen, wo genug Zentripetalkraft vorhanden ist, um Dinge wie Gehen und Essen irgendwie normal zu machen, ohne dass Training erforderlich ist. Dann halten sie an und sehen zu, wie das eigentliche Raumschiff auf dem Weg zu den anderen Planeten an ihnen vorbeischreit. :-)