Die Antwort lautet: Objekte über der Oberfläche der sich drehenden Kugel spüren immer noch ein scheinbares Äquivalent der Schwerkraft, obwohl diese scheinbare Schwerkraft umso unsicherer wird, je höher sie nach oben kommen.

Nun gibt es zwei Möglichkeiten, diese Art von Problem zu analysieren: die nicht-träge Methode und die träge Methode. Auf die nicht-träge Weise betrachten wir das Problem aus der Perspektive eines Referenzrahmens, der sich mit der Schale dreht, während wir es auf die inertiale Weise von einem nicht beschleunigenden Referenzrahmen aus analysieren (um genau zu sein, sagen wir den Referenzrahmen). des Sterns). Der nicht-träge Weg funktioniert, indem neue scheinbare Kräfte eingeführt werden, die einfach dadurch entstehen, dass man sich nicht in einem Trägheitsrahmen befindet – im speziellen Fall eines rotierenden Rahmens sind diese als Zentrifugal- und Coriolis-Kräfte bekannt. Diese Art der Analyse des Problems ist sehr nützlich für die Durchführung von Berechnungen, trägt aber nicht viel zur physikalischen Intuition bei, daher werde ich es anhand des Trägheitssystems erklären.

In einem Trägheitssystem bewegt sich alles nach den Newtonschen Gesetzen – das heißt, Dinge bewegen sich in geraden Linien, es sei denn, etwas zwingt sie dazu. Denken Sie also an das Problem einer Person, die auf der Innenseite der Kugel steht und springt. Wenn Objekte, die sich nicht auf der Oberfläche befinden, keine wirksame Kraft spüren würden, die sie zur Kugel zieht, würden wir erwarten, dass unser unglücklicher Zivilist in Richtung Sonne abtreibt, sobald er den Boden verlässt. Dies geschieht jedoch nicht. Um zu sehen, warum, beachten Sie, dass unser Testsubjekt anfänglich nicht still in Bezug auf unseren Trägheitsrahmen sitzt – es bewegt sich mit der Oberfläche der Kugel. Sobald er also aufhört, die Kugel zu berühren, bewegt er sich in unserem Trägheitssystem in einer geraden Linie. Beachten Sie jedoch, dass Kugeln nicht gerade sind. Also wird er irgendwann wieder mit der Kugel kollidieren, ein Vorgang, der aus seiner Sicht wie eine wirksame Schwerkraft aussieht, die ihn zur Kugel zieht. Dies ist die Wirkung der Zentrifugalkraft, wenn wir sie stattdessen aus dem nicht-trägen Rahmen analysiert hätten.

Erinnern Sie sich, dass ich vorhin gesagt habe, dass die scheinbare Schwerkraft wackeliger wird, wenn Sie höher springen? Aus der Trägheitsperspektive hat das damit zu tun, dass Kreise wie Parabeln aussehen, wenn man nah hineinzoomt, aber nicht, wenn man weit genug herauszoomt. Unterdessen ist es aus nicht-trägheitsbezogener Sicht auf die Coriolis-Kraft zurückzuführen. Wie auch immer Sie sich entscheiden, es zu analysieren, die genaue Antwort darauf, wie wackelig die Schwerkraft wird, hängt davon ab, wie schnell sich die Kugel dreht, wie groß sie ist und wie hoch Sie gehen. Wenn ich später mehr Zeit habe, erkläre ich dies/analysiere Ihr Problem genauer.

Hoffentlich hilft das!

NACHTRAG: Aktuelle Berechnungen

Zuerst möchte ich klarstellen, dass wie wackelig Ihre Pseudo-Schwerkraft wird (dh die Coriolis-Kraft) tatsächlich von der Geschwindigkeit abhängt, nicht davon, wie hoch Sie gehen. Der Grund, warum ich gesagt habe, dass es davon abhängt, wie hoch Sie gehen, war, dass für ein Objekt auf einer ballistischen Flugbahn (wie eine springende Person) eine höhere Reise = mehr Geschwindigkeit und mehr Zeit für die Wirkung der Coriolis-Kraft, also mehr Verschiebung. Jetzt variiert die Zentrifugalkraft je nach Höhe, aber 1 AE ist so lächerlich groß, dass sie für alle Absichten und Zwecke konstant sein wird.

Nun zu den tatsächlichen Zahlen: Basierend auf Ihren Spezifikationen von$r = 1$AU,$a_{centrifugal} = 9.8 m/s^2$und die Gleichung für die Zentrifugalbeschleunigung$a_{cent} = \mathbf{- \omega \times (\omega \times r)}$, finden wir, dass die Größe der benötigten Winkelbeschleunigung ist

$$|\omega| = 8.1 * 10^{-6} s^{-1}$$ was einer Rotationsdauer von etwa 9 Tagen entspricht. Glücklicherweise führt dies zu einer Tangentialgeschwindigkeit von "nur" $0.004c$, also können wir relativistische Effekte vernachlässigen. Nun lautet die Gleichung für die Beschleunigung, die durch den Coriolis-Effekt im nicht-trägen Rahmen des Rings verursacht wird $$a_{cor} = -2 \mathbf{\omega \times v}$$ wo $\mathbf{v}$ist die Geschwindigkeit Ihres Objekts, wie es im rotierenden Rahmen zu sehen ist. Beachten Sie, dass dies bedeutet $$|a_{cor}| \leq 2\mathbf{|\omega||v|}$$ Nun, ich würde vermuten, dass es im Wesentlichen nicht wahrnehmbar wäre, der Coriolis-Kraft für etwas entgegenzuwirken, das wie ein Vogel oder ein Supermann angetrieben wird $a_{cor}$waren kleiner als $0.01 m/s^2$. Alles in allem stellen wir fest, dass die Coriolis-Kraft für Dinge, die in der Lage sind, ihre eigene Bewegung zu erzeugen, solange keine große Rolle spielt $$|\mathbf{v}| < 616 m/s$$ was ziemlich schnell geht. Nun, für Objekte auf einer ballistischen Flugbahn, die nicht manövrieren können, um der Coriolis-Kraft entgegenzuwirken, können sich die Effekte unterschiedlich summieren. Um eine ungefähre Vorstellung davon zu bekommen, wie viel das sein wird, beachte, dass auf der Erde, $$|\omega_{earth}|=7.3\times10^{-5} s^{-1}$$ Projektile werden also etwas weniger von der Coriolis-Kraft beeinflusst (ihre Landeverschiebung wird um einen Faktor von etwa kleiner sein $\sqrt{10}$) als auf der Erde.

Als letztes Stück Analyse/Buzzkill möchte ich nur darauf hinweisen, dass sich dieser Ring wahrscheinlich sehr leicht selbst auseinanderreißen würde. Mit den Winkelgeschwindigkeiten und dem Radius, von denen Sie sprechen, und einer angenommenen Materialzugfestigkeit von$100GPa$, was ungefähr so ​​viel ist wie Kohlenstoffnanoröhren, stellen wir fest, dass die notwendige Dichte des Ringmaterials geringer sein muss als$68 g/m^3$damit der Ring nicht auseinander reißt. Das ist nichts . Wasserstoffgas ist dichter als das.

Dies ist nicht von der Schwerkraft der Erde zu unterscheiden

Zentrifugalbeschleunigung auf ein Objekt ist

$$\mathbf{a} = \left[\frac{d^2\mathbf{r}}{dt^2}\right] + \frac{d\omega}{dt}\times\mathbf{r}+2\omega\times\left[\frac{d\mathbf{r}}{dt}\right]+\omega\times\left(\omega\times\mathbf{r}\right).$$

Wenn wir davon ausgehen, dass die interessierenden Teilchen einen konstanten Abstand vom Stern haben ($\mathbf{r}$), dann werden der erste und der dritte Term auf Null gesetzt. Wenn wir annehmen, dass die Rotationsgeschwindigkeit konstant ist, dann wird der zweite Term auf Null gesetzt. Das geht

$$\begin{equation}\mathbf{a} = \omega\times\left(\omega\times\mathbf{r}\right). \end{equation}$$

Um eine Kraft zu spüren, die der Schwerkraft der Erdoberfläche entspricht ($g = 9.8$Frau$^2$), wir lösen

$$9.81 = \omega\times\left(\omega\times1 \text{ AU}\right).$$

Dies hängt nun stark vom Polarwinkel des interessierenden Ortes ab. Die obige Gleichung gilt nur am Äquator. Bei anderen Winkeln ist die Zentripetalbeschleunigung geringer! Nehmen wir an, Sie wollen 1$g$am Äquator und weniger in Richtung der Pole. Seit$1 \text{AU} = 1.496\times10^{11}\text{ m}$, wir können lösen$\omega = 8.1\times10^{-6}$Radianten/s, um eine äquatoriale Zentripetalkraft zu erreichen, die der Schwerkraft der Erde entspricht. Das bedeutet, dass sich die Dyson-Kugel alle 775.909 Sekunden um die Sonne drehen muss; etwa 9 Tage. Das ist ziemlich schnell, aber da dies eine Dyson-Kugel ist, gehe ich davon aus, dass die Materialstruktur damit umgehen kann.

Nun, um Ihre spezifische Frage zu beantworten, wie wird die Zentripetalkraft über der Oberfläche sein? Nehmen wir an, wir befinden uns 10 km über dem Äquator; das ist höher als der Mount Everest. Dies wirkt sich aus$\mathbf{r}$; die Entfernung von der Sonne. Der Abstand von der Sonne der Oberfläche ist$1.496\times10^{11}\text{ m}$. Wenn wir davon 10.000 Meter abziehen, erhalten wir ...$1.496\times10^{11}\text{ m}$. Im Vergleich zu 1 AE ist jede Höhe, die wir von der Erde gewohnt sind, unbedeutend.

Fazit

Das Aufsteigen in die Luft über einer Dyson-Kugel, die die Schwerkraft mit Zentrifugalkraft am Äquator simulieren soll, beeinflusst die Schwerkraft nicht nennenswert.

Die kurze Antwort ist, dass Vögel Ihre Pseudo-Schwerkraft spüren würden.

Die lange Antwort besteht darin, die Situation mit Koordinatentransformationen zu verstehen.

Das am einfachsten zu untersuchende System ist das Inertialsystem, bei dem das Koordinatensystem fest ist. In diesem Koordinatensystem scheint sich der Dyson-Ring mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Objekte bewegen sich in einer geraden Linie, es sei denn, sie werden mit Kräften beaufschlagt. Eine Möglichkeit, Kräfte auf sie auszuüben, besteht darin, dass sie in physischem Kontakt mit dem Ring sind. Sie können auch aus der Luft mit Kräften beaufschlagt werden. Aber welche Kräfte liegen in der Luft selbst? Diese Frage ist in Inertialsystemen etwas schwierig zu beantworten. Es ist möglich, aber es ist einfacher, wenn wir die Dinge ändern.

Stellen Sie sich ein rotierendes System vor, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Oberfläche des Dyson-Rings dreht. In diesem Koordinatensystem scheint der Dyson-Ring fixiert zu sein, genauso wie der Boden unter unseren Füßen fest und unbewegt erscheint. Jetzt ist dies nur eine Koordinatentransformation. Wir haben in diesem Prozess keine Physik gemacht. Wir haben die Dinge nur anders betrachtet.

Warum die Dinge so sehen? Nun, sie erleichtern einige Berechnungen. Berücksichtigen Sie die Umgebung, die Sie sich für Ihren Ring vorstellen. Sie haben den „Boden“ mit der Atmosphäre im Inneren. Diese Atmosphäre wird genau so vom Boden mitgerissen , wie die Erdatmosphäre von der Oberfläche des Planeten betäubt wird. Das ist praktisch. Sie möchten vermutlich eine "vertraute" Umgebung, in der sich der Boden so verhält, wie wir es vom Boden erwarten, die Luft sich so verhält, wie wir es von der Luft erwarten, und Vögel sich so verhalten, wie wir es von Vögeln erwarten. Das Denken in diesem rotierenden Rahmen ist sehr natürlich.

Jetzt gibt es einen Preis dafür, die Welt durch einen rotierenden Bezugsrahmen zu betrachten. Die Bewegungsgleichungen sind unterschiedlich. Die berühmten Bewegungsgleichungen von Netwon (wie „alle Objekte bewegen sich in einer geraden Linie, bis auf sie eingewirkt wird“) sind nur in Trägheitssystemen wahr. Wenn wir uns in einem rotierenden Rahmen befinden, ändert sich die Mathematik. Ohne auf hässliche mathematische Details einzugehen, die auftretenden Effekte sind Coriolis- und Zentripetal-/Zentrifugaleffekte. Zentrifugaleffekte sind das, was Sie für Ihre Gravitationskraft verwenden. Sie werden "Pseudokräfte" genannt, weil sie eigentlich keine Kräfte sind, aber sie beeinflussen die Bewegungsgleichungen auf die gleiche Weise wie Kräfte.

Die wichtigste Erkenntnis daraus ist , dass in einem rotierenden Rahmen immer Zentrifugalbeschleunigungen vorhanden sind. Ihre Vögel und dergleichen werden also davon betroffen sein, unabhängig davon, ob sie die Oberfläche berühren oder nicht. Solange sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Ring drehen, werden Sie diese Effekte sehen.

Diese Zentrifugaleffekte werden durch die Geschwindigkeit des Objekts in dem stationären Rahmen in Bezug auf die Drehung des Rahmens skaliert. Mit anderen Worten, für die Erde führt die Ost/West-Geschwindigkeit zu Zentrifugaleffekten, während die Nord/Süd-Geschwindigkeiten dies nicht tun.

Wenn sich Ihr Vogel nicht mit dem Ring bewegt hat, gelten die gleichen Gesetze, aber sie werden schlammiger. Wenn Ihr Vogel im Trägheitsrahmen "stillhalten" würde und den Ring daran vorbeizischen sieht, würde dieser Vogel keine Zentrifugalkräfte erfahren. Seine "Ost / West" -Geschwindigkeit ist 0. Ihre Pseudogravitation wäre unwirksam. Allerdings wäre auch dieser Vogel enormen Windkräften ausgesetzt, da sich der Ring und die Luftsäule drehen. Wenn diese Windkräfte es in Rotationsrichtung nach "Westen" ziehen, wird seine Geschwindigkeit zunehmen und es beginnt, Pseudogravitation zu spüren.

Dieselbe Geschichte kann auch im Trägheitsrahmen betrachtet werden. In diesem Rahmen hält der Vogel still und wird mit Windkräften geschlagen, die ihn beschleunigen.

Ja.

Hier meine Vermutungen:

• Wie in der Frage angegeben, haben Sie einen Dyson-Ring mit einem Radius von 1 AE, der sich schnell genug dreht, dass jeder, der auf der Innenfläche steht, eine Zentrifugalbeschleunigung von 1 g nach außen erfährt (natürlich in jedem Bezugsrahmen, der sich mit dem Ring dreht). ), wodurch die Schwerkraft der Erde auf Meereshöhe nachgeahmt wird.
• Es gibt nach innen gerichtete Wände an den Rändern des Rings, um zu verhindern, dass die Atmosphäre austritt, und ein funktionierendes Ökosystem, das auf der Innenfläche des Rings existiert.

Eine Säule der Atmosphäre, die von der inneren Oberfläche in Richtung Sonne genommen wird, würde sehr ähnlich aussehen wie eine Säule der Erdatmosphäre, die von der Oberfläche nach oben genommen wird. Es hätte mit Sicherheit das gleiche Dichteprofil und wahrscheinlich auch eine ähnliche Zusammensetzung und Temperatur in jeder Höhe. Der Hauptunterschied besteht darin, wie der Sonnenwind mit der Atmosphäre und dem Magnetfeld des Rings interagiert – was vollständig davon abhängt, wie das Magnetfeld des Rings aufgebaut ist. Es müsste künstlich installiert werden; Das Magnetfeld der Erde stammt von magnetohydronamischen Spielereien im geschmolzenen äußeren Kern, während eine Ringwelt überhaupt keinen Kern hat. Ich kann also nichts über die Polarlichter oder die Ionosphäre der Ringwelt sagen, außer dass Sie diese wahrscheinlich so konfigurieren können, dass sie funktionieren, wie Sie möchten.

Vögel, die in großen Höhen fliegen, werden tatsächlich mehr Schwerkraft erfahren als in denselben Höhen auf der Erde – aber nicht um einen merklichen Betrag. Die Schwerkraft der Erde nimmt mit dem Quadrat der Differenz vom Mittelpunkt des Planeten ab; Die der Ringwelt nimmt linear von der Innenfläche zur Mitte des Rings ab. Diese Effekte sind jedoch so subtil, dass kein echtes Lebewesen sie jemals ohne spezielle Ausrüstung erkennen kann – die Schwerkraft der Erde beträgt 9,8 m/s^2 auf Meereshöhe und etwa 8,7 m/s^2 auf der Höhe der Internationale Raumstation. Es nimmt nicht viel ab, und auf einer Ringwelt wird es noch weniger abnehmen.

Was von den subtilen Unterschieden zwischen der Atmosphäre der Erde und der Ringwelt beeinflusst wird, sind bestimmte Arten von Wetterereignissen. Nämlich Hurrikane. Auf der Erde drehen sich Hurrikane, weil sich die Erde dreht, was dazu führt, dass sich Luft näher am Äquator schneller nach Osten bewegt als Luft näher an den Polen. Wenn sich diese Luft in Richtung der Tiefdruckzelle im Zentrum eines zukünftigen Hurrikans bewegt, scheint Luft, die näher am Pol kommt, nach Westen gedrückt zu werden, da sich der Boden darunter schneller nach Osten bewegt und Luft aus der Nähe einströmt zum Äquator scheint nach Osten verschoben zu sein, weil er eine größere Geschwindigkeit nach Osten hat als der sich langsamer bewegende Boden jetzt darunter. Das ist der Coriolis-Effekt.

Da Ihre Ringwelt nun ein Zylinder und keine Kugel ist, wirkt sich der Coriolis-Effekt in keiner Weise auf die Luft aus, die sich entlang der Innenfläche bewegt, und daher werden Sie keine Hurrikane bekommen. Kleinere drehende Wetterereignisse, die durch Windströmungen verursacht werden, die sich in verschiedene Richtungen bewegen, wie Tornados und Staubteufel, sicher, aber keine Hurrikane.

Festhalten. Versuchen Sie zu fragen

Wenn sich die Erde dreht, dreht sich die Atmosphäre mit?

Ich meine, wenn sich die Atmosphäre nicht mit der Erde drehen würde, dann wäre es wirklich schnell , von Europa in die USA zu kommen . Während Sie klettern, würde die Atmosphäre langsamer und langsamer (relativ zur Oberfläche immer schneller) und es gäbe schöne Winde von 800 Meilen pro Stunde, um den ganzen Weg über den Atlantik zu fahren. Zurückschicken wäre scheiße.

Nun, das passiert nicht. Warum nicht? Durch die Rotation der Erdoberfläche wird die Atmosphäre aufgrund des Bodeneffekts mitgerissen . Dasselbe, was Flugzeuge betrifft, die sich innerhalb einer Flügellänge über dem Boden befinden, außer dass die Erde einen Durchmesser von 8000 Meilen hat.

Die Luft der Erde braucht keinen Bodeneffekt, um an Ort und Stelle zu bleiben. In jedem Fall; Die Erde würde aufgrund ihrer realen Schwerkraft ihre Atmosphäre behalten. Ihre Ringwelt würde nicht . Zentripetalkraft ist alles, was es hat. Wenn also der Bodeneffekt die Atmosphäre nicht mitziehen könnte, würde die Atmosphäre nicht von der Zentripetalkraft beeinflusst und würde sich unendlich in das Vakuum des Weltraums ausdehnen. Die Atmosphäre würde verloren gehen.

Sie können also davon ausgehen, dass sich die Luft mit der Ringwelt bewegt.

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Aerodynamische Kräfte werden durch Ihre Geschwindigkeit relativ zur Luft bestimmt. Da sich die Luft der Ringwelt mitbewegen muss (oder verloren geht) und das sowieso vom Bodeneffekt erwartet wird ... wird die Fluggeschwindigkeit eines Flugzeugs ungefähr seiner Oberflächengeschwindigkeit über die Ringwelt entsprechen (es wird Jetstreams und ähnliches geben, aber wahrscheinlich innerhalb von 150 Knoten, wenn die Erfahrung der Erde überhaupt kartiert.)

Einige hier sagen, um 1,0 G Zentripetalkraft zu erzeugen, müsste sich die Ringwelt mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 1,2 E + 06 m / s oder 2.330.000 Knoten drehen. Wenn Sie also in der Luft wären, würden Sie von aerodynamischen Kräften mitgerissen. Das bedeutet, dass Sie sich fast mit der Geschwindigkeit (innerhalb von Hunderten von Knoten) der Oberfläche bewegen würden.

Was passiert nun, wenn der Vogel seine Flügel einfaltet? Sie wird in einer geraden Linie gehen und Null G erfahren. Leider geht die Ringwelt nicht geradeaus. Die Oberfläche bewegt sich nahezu parallel zu ihr, beide mit 1,2 Millionen Metern pro Sekunde, aber leicht gekrümmt zu ihr hin, und die Pfade werden sich mit einer Differenzgeschwindigkeit von etwa 100 Metern pro Sekunde schneiden. Autsch. Der Vogel wäre sehr klug, seine Flügel zu öffnen und sie zu verwenden, um etwa 1 G Auftrieb von der Oberfläche der Ringwelt entfernt zu erzeugen, was sie in der Höhe halten würde. So wie sie es auf der Erde tun würde.

Flugzeuge kennen keine Schwerkraft. Sie erfahren einen Auftrieb, der sie davon abhält, den Boden zu berühren.

Der Grund, warum sich der Boden auf Sie zubewegt, ist ein anderer als auf der Erde, aber die Antwort ist die gleiche: Heben. Eine Tiger Moth, ein Fischadler oder eine B777-200 würde ungefähr so ​​​​fliegen wie die Erde. Sie könnten sogar einen Cat 3-Ansatz schießen, wenn der Besitzer der Ringwelt die Ausrüstung einbauen würde.

Wie die Schwerkraft funktioniert

Die einfachste Art, Schwerkraft ohne Mathematik zu definieren, besteht darin, zu sagen, dass es sich um den Faktor der Masse zweier Objekte und ihres Abstands voneinander handelt. Ein Ring mit der Größe von 1AU wird sowieso eine eigene Gravitationswirkung haben. Ich bin mir nicht sicher, was die anderen Dimensionen dieses Rings sind oder woraus er hauptsächlich besteht, aber dies ist leicht ein Objekt, das ein Vielfaches an Masse hat als unser Planet. Offensichtlich ist es ein Ring und keine feste Kugel, daher gibt es nicht wirklich ein Gravitationszentrum, auf das wie das einer Kugel beschleunigt werden könnte. Dies macht die Berechnung, was genau diese Gravitationskraft aufgrund der reinen Masse tatsächlich an einem bestimmten Punkt innerhalb des Rings sein würde, etwas über mir hinaus.

Zentrifugal erzeugte Pseudo-Schwerkraft

In der Pseudogravitation ist die Beschleunigung auf Zentrifugalkräfte zurückzuführen und nicht auf die Verzerrungseffekte, die die Masse auf die Raumzeit hat. Nehmen wir an, es gibt keine Atmosphäre für ein Gedankenexperiment, ein Beobachter, der von der Mitte zur inneren Oberfläche des Rings driftet, wäre, als würde er in einem riesigen rotierenden Hula-Hoop-Reifen stehen. Der Ring drehte sich mit großer Geschwindigkeit vorbei, während Sie sich in einer geraden Linie darauf zu bewegten. Fügen Sie Atmosphäre hinzu und die Dinge werden ... chaotisch. Sie würden sich mit einer festgelegten Geschwindigkeit vorwärts bewegen und beginnen, einen Luftwiderstand in einer 90-Grad-Tangente zu Ihrer Vorwärtsbewegung zu spüren, die sich mit mehreren tausend Meilen pro Stunde bewegt. Es ist meistens ratsam, die Geschwindigkeit und den Winkel des Rings zu berechnen, wenn Sie landen, oder noch besser, seine Geschwindigkeit und Rotation von außen anzupassen und sich einfach nicht mit dem Wiedereintritt in die Atmosphäre zu befassen. Bis das Objekt, das sich vom Zentrum auf den Ring zubewegt, mit der Oberfläche verbunden und auf die gleiche Geschwindigkeit gebracht wurde, mit der sich der Ring drehte, würde es nicht die gleiche Pseudo-Schwerkraft erfahren wie alles andere. Dieser Effekt gilt nicht für Objekte, die sich bereits auf dem Ring befinden und sich mit ihm drehen, und die mit dem Ring rotierende Atmosphäre würde ebenfalls eine große Rolle bei der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Objekts spielen. Denken Sie an einen Jongleur in einem Zug, wenn er anfängt, seine Gegenstände zu jonglieren, bewegen sie sich nicht plötzlich zum Ende des Zuges, sobald sie seine Hand verlassen. Dies liegt daran, dass sie dieselbe Geschwindigkeit beibehalten, die ihnen durch den Zug verliehen wird, und sich relativ zum Zug mit derselben Geschwindigkeit bewegen. Sie tun Hören Sie nicht plötzlich auf, Geschwindigkeit zu haben, weil sie den Zug nicht berühren, oder? Aus diesem Grund können Sie etwas in ein Düsenflugzeug werfen oder fallen lassen, ohne dass es mit 340 Meilen pro Stunde auf die Rückseite der Kabine aufprallt.

Ein Typ, der auf und ab springt oder einen Ball wirft, oder ein fliegender Vogel würde es nicht wirklich bemerken. "Aber was wäre, wenn sie in die entgegengesetzte Richtung des Trudelns gingen und an Geschwindigkeit verloren?" Sie könnten fragen. Nun, da sich der Ring mit Tausenden von Kilometern pro Stunde drehen muss, um eine Beschleunigung von -9,8 m/s gleichmäßig über den gesamten Ring angemessen zu simulieren, müssten Sie sich mindestens mit dieser Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung bewegen, um die Zentrifugaleffekte aufzuheben. Nach oben zu springen oder sogar kleinere, langsamere Flugzeuge zu betreiben, würde keinen ausreichenden Unterschied in dieser Geschwindigkeit verursachen, um wirklich eine Rolle zu spielen, viel mehr als möglicherweise in extrem schnellen Fahrzeugen berücksichtigt werden zu müssen.

Aber was ist mit der Bewegung in Richtung der Mitte des Rings? Erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit eines kreisförmigen Objekts nicht, wenn Sie sich zur Mitte hin bewegen? Würde dies nicht das Gefühl der Pseudo-Schwerkraft beeinflussen? Nochmals, da dies ein wirklich riesiges Objekt ist. Bei einem Radius von 1 AE müssten Sie sich so weit in Richtung Zentrum bewegen, dass Sie die Atmosphäre verlassen, bevor Sie beginnen, einen merklichen Unterschied zu dem zu spüren, was an der Oberfläche wahrgenommen wird. Vögel, Bienen, Menschen und Baseballs wären nicht in Gefahr, in den Weltraum zu fliegen, wenn Sie nicht einen wirklich unterhaltsamen Weg finden, sie auf unglaubliche Geschwindigkeiten und große Entfernungen zu beschleunigen.

Atmosphäre

Das ist etwas schwierig, da die Atmosphäre unter Beschleunigung kein festes Objekt ist. Der einfachste Weg, dies zu tun, wäre, das Ganze einzuschließen und sich nicht nur auf Zentrifugalkräfte zu verlassen, um es festzuhalten. Ein Druckrohr wie ein riesiges Innenrohr wäre am besten, da Sie dann garantieren können, dass der atmosphärische Druck mehr oder weniger war durchgehend einheitlich. Sie benötigen auch ein Gehäuse, um den Auswirkungen des Sonnenwinds entgegenzuwirken. Um irgendwie die Tatsache zu überwinden, dass Widerstandseffekte an der Oberfläche und an der Spitze der Atmosphäre nicht gleich wären, müssen Sie sich auch Sorgen machen, dass der Sonnenwind Ihre Atmosphäre abstreift. Ehrlich gesagt denke ich, dass ein unter Druck stehendes, vollständig geschlossenes ringförmiges Rohr rundum eine bessere Idee wäre. Vielleicht weniger dramatisch als ein offenes Rad im Halo-Stil, aber Halo verwendet auch erfundene, zweckentfremdete,

Stellen Sie sich also ein Objekt vor, das sich auf dieser Welt in einer Höhe von 100 Metern befindet.

Die einfache Verwirrung hier ist zwischen

• (A) Objekte, die "hereinteleportieren". Stellen Sie sich in Ihrem Gedankenexperiment vor, dass an diesem Punkt ein Stein "einfach auftaucht" (und nehmen wir an, es gibt vorerst keine Atmosphäre).

• (B) Objekte, die einfach ein fortlaufender Teil des Systems sind. Der Vogel wurde also auf dem Ring geboren, lernte fliegen und flog zufällig 100 Meter nach oben.

Im Fall "A" gibt es, wie das OP vermutet, absolut keinen "Wie-Gravitation-auf-Erde" -Effekt. Nichts, null.

Im Fall „B“ GIBT es einen „wie-Gravitation-auf-der-Erde“-Effekt. Für den Vogel ist es genau wie auf der Erde. Kein Unterschied.

Anmerkung: Alles, was ich sage, hat absolut keinen Bezug zu einer Atmosphäre . Stellen Sie es sich zur Verdeutlichung als ein totales Vakuum vor.

Beachten Sie, dass ein Kommentar unter der Antwort dies perfekt erklärt:

"Der tiefere Punkt hier ist, dass nicht jeder Mensch intuitiv erkennt, dass er Teil des rotierenden Systems war (wie in, mit seinen Komponenten interagiert), das Sie in einen Zustand versetzt, in dem sich die Dinge wie Schwerkraft anfühlen, wie wir sie normalerweise erleben."

Das ist der Kern der Frage von OP.

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Ein Punkt der Verwirrung in Bezug auf die Atmosphäre. Beachten Sie, dass Sie sich sowieso nicht hineinteleportieren können – es gibt keine magische Möglichkeit, Ihren Schwung sofort zu verschieben.

Aber nehmen wir an, auf der Erde hat sich jemand an einen Ort 500 m über der Oberfläche teleportiert, und die Person bewegte sich mit einer hohen Geschwindigkeit, sagen wir 1000 km/h, in eine Richtung (Norden, was auch immer, spielt keine Rolle).

Was würde passieren? Diese sich teleportierende Person würde unglaubliche Kräfte aus der Luft erfahren und würde schnell "verlangsamen" (tatsächlich mit der Geschwindigkeit der Erdoberfläche übereinstimmen ) und dann auf die Erde fallen.

Interessanterweise passiert genau dasselbe auf dem Ring , wenn sich jemand seltsamerweise mit einer nicht übereinstimmenden Geschwindigkeit teleportiert.

Die kurze Antwort:

Ironischerweise wird in einem System wie diesem, je höher der Vogel fliegt, desto stärker wird die Kraft ihn nach außen drücken.

Warum? Der Dyson-Ring ist eine starre Struktur, die bei 1au eine Geschwindigkeit von 1200 km/s haben muss, um 1 g zu erreichen. Bei 1au beträgt die Beschleunigung aufgrund der Sonnengravitation nur 0,006 m/s², viel VIEL kleiner als 1 g, was 9,8 m/s² entspricht.

Der Ring befindet sich also NICHT im Orbit. Wenn es in Stücke zerbrochen würde, würde es hinausfliegen und von der Sonne wegfliegen - obwohl es in einer elliptischen Umlaufbahn wieder zurückfallen würde, da die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne bei 1au etwa 40000 km/s beträgt.

Der Ring, die Luft im Ring, der Vogel und alles andere im Ring bewegt sich also mit 1200 km/s und versucht folglich, von der Sonne wegzufliegen, nur die starre Struktur des Rings verhindert dies. Dies ist buchstäblich die Quelle der scheinbaren Schwerkraft: Alles auf dem Ring sollte von diesem Punkt aus einer stark elliptischen Umlaufbahn folgen, aber die starre Struktur zwingt es immer wieder zu einer kreisförmigen Bewegung um die Sonne.

Um diesem Effekt zu entgehen, müssten Objekte in die entgegengesetzte Richtung der Ringbewegung abgebremst werden: Wenn der Vogel die Atmosphäre verlassen würde - und dann mit Raketen rückwärts auf 1170 km / s beschleunigen würde (relativ zum Ring (und der Luft) darunter) Ironischerweise würde es sich bei diesem Radius nur in einer stabilen Umlaufbahn um die Sonne befinden, da die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um unsere Sonne 30 km / s beträgt. Jede Geschwindigkeit zwischen dieser und 1200 km / s und es würde anfangen, in Richtung Sonne zu fallen - weil diese Geschwindigkeiten relativ zur Sonne langsamer als 30 km / s wären und daher nicht ausreichen würden, um in dieser Entfernung eine kreisförmige Umlaufbahn aufrechtzuerhalten.

Wenn Sie auf der Oberfläche des Rings stehen würden, würden Sie die Schwerkraft spüren – oder zumindest eine Beschleunigung, von der Sie sie nicht ohne weiteres unterscheiden könnten.

Wenn Sie dann direkt nach oben springen würden, würden Sie höchstwahrscheinlich weiterhin diese Schwerkraft erfahren, weil (a) Sie dies einfach fortsetzen würden, da Sie sich ursprünglich mit dem Ring gedreht haben, und (b) der Ring eine Traktion mit der Atmosphäre ausübt und verursacht das und alles darin sich auch zu drehen.

Die Ausnahme ist, wenn Sie gegen die Drehrichtung laufen und dann hochspringen – Sie würden die direkten Auswirkungen des Rings negieren, aber es gibt immer noch diese Atmosphäre, um die Sie sich Sorgen machen müssen. (Wenn Sie jedoch schnell genug laufen könnten, könnten Sie die Kraft der „Schwerkraft“ negieren, ohne jemals die Oberfläche zu verlassen.)

Für einen Beobachter, der auf einem Stuhl am Ring sitzt, würden Sie, wenn Sie gerade nach oben springen, gerade wieder herunterkommen (aus seiner Sicht). Aber wenn Sie aufspringen könnten, nachdem Sie den Auswirkungen der Drehung entgegengewirkt haben, und die Atmosphäre irgendwie ohne Wirkung an Ihnen vorbeiziehen könnten, würden Sie aus der Sicht eines Sternbeobachters einfach weiter geradeaus nach oben gehen. Mit siderischem Beobachter meine ich jemanden in einem Raumschiff, der sich nicht mit dem Ring bewegt. (Sie könnten argumentieren, dass dies Ihre "echte" Bewegung ist, wenn sie von der "Seite" aus gesehen wird – "real" + "side" = "siderisch".)

Wenn Sie dies tun könnten, würden Sie natürlich direkt auf die Sonne zusteuern, ohne sich umdrehen zu können. Hoppla.

Ich sehe drei Möglichkeiten:

• Der Vogel befindet sich in einer stabilen Umlaufbahn mit etwa dem gleichen Durchmesser wie der Ring. Die Oberfläche würde ziemlich schnell darunter vorbeiziehen. (Dies funktioniert nicht, wenn eine Atmosphäre "im" Ring ist, zB gehalten durch Seitenwände.) Es fühlt sich schwerelos an.
• Der Vogel befindet sich auf dem Durchmesser, aber nicht in einer stabilen Umlaufbahn. Es fühlt sich schwerelos an.
• Der Vogel bewegt sich mit mehr als Umlaufgeschwindigkeit, wie der Rest des Rings und die Atmosphäre darüber. Es fühlt sich nicht schwerelos an.

Wenn Sie auf einer rotierenden Oberfläche stehen (grüner Ball im Bild), um die Schwerkraft zu simulieren, ist die wahrgenommene scheinbare Schwerkraft auf die Zentripetalbeschleunigung zurückzuführen, die die Kreisbewegung in Kombination mit der Trägheit Ihres Körpers ermöglicht.

Stellen Sie sich nun vor, ein Objekt in den Kreis zu bringen, aber in Kontakt mit den Kreiswänden und in Ruhe in Bezug auf die Translationsgeschwindigkeit des Rings: Wird es eine Zentripetalkraft erfahren? Nein, weil es nichts zu übertragen gibt. Daher wird das Objekt keine scheinbare Schwerkraft wahrnehmen.

Aus Newtons erstem Gesetz folgt dann, dass das rote Objekt seine Bewegung beibehält, bis eine Kraft auf es einwirkt.

Ich denke, hier fehlen einige Prinzipien. Wenn wir auf der Erde stationär sind, sind wir tatsächlich überhaupt nicht stationär .... nur in Bezug auf die Oberfläche, aber was 0 Geschwindigkeitseinheiten auf dem Planeten Erde sind, ist wirklich gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Planetenrotation. Am Äquator sind es etwa 460 m/s. Also, wenn die Erde sofort anhalten würde, wie in 10 ^-60Sekunden oder absolut 0 Sekunden, würden Sie mit der Rotationsgeschwindigkeit vom Planeten weggeschleudert. Wenn die Zeit zum Anhalten so kurz ist, würden Sie nicht langsamer werden. Es ist wie in einem Karussell und es dreht sich sehr, sehr schnell, Sie werden abgeworfen. Wenn der Planet sofort aufhörte sich zu drehen und die Schwerkraft sofort aufhörte, dann würden Sie theoretisch abgeschleudert. Jetzt im Weltraum wird es keine nennenswerte Reibung geben, die Sie aufhalten könnte. Kein Luftwiderstand jeglicher Art. Natürlich ist die Schwerkraft der Erde nicht ganz so wie in einem rotierenden Ring wie künstliche Schwerkraft durch Zentrifugal-/Zentripetalkraft, sondern durch Masse, aber selbst dann, wenn der Planet und sein Kern plötzlich ergriffen würden, wäre es hässlich, weil die Die bloße Schwerkraft der Erde ohne Rotation wäre sowieso nahe Null ... nicht genug, um Sie davor zu bewahren, von der Oberfläche in den Weltraum geschleudert zu werden. Auf dem rotierenden Ring zu sein, wäre wie das Karussell. Nein, die Masse des Rings müsste berücksichtigt werden.

Eine rotierende Dyson-Sphäre-Hülle hätte möglicherweise eine massive Masse, um tatsächlich Schwerkraft zu haben, und wenn sie sich sogar dreht, hätte sie möglicherweise ein Schwerkraftfeld. Es ist unklar, ob die Ringwelt genug Masse hätte, aber theoretisch könnte sie es, wenn Sie das Material haben, um sie herzustellen. Abgesehen von der Praktikabilität, wenn es das gesammelte, veredelte Material usw. für eine fortgeschrittene Zivilisation gäbe (und die Energie dazu), wäre es theoretisch möglich, dass eine Ringwelt mit einer Masse pro 10.000 Kubikkilometer vergleichbar mit der von Mars oder Erde, es wäre theoretisch, dass Sie eine Gravitationskraft haben, aber in diesem Fall benötigen Sie möglicherweise den Ring, um sich um die Umlaufbahn des Sterns in der Mitte zu drehen, mindestens irgendwo im Bereich der Rotationsgeschwindigkeit der Erde. Es muss vielleicht etwas schneller sein, aber ich kann mir nicht genau die Menge vorstellen, aber Sie ' Betrachten wir eine Rotationsgeschwindigkeit in dieser Größenordnung, die erdähnlich ist. Zumindest sprechen wir von einem Ring, der einen Radius von 1 AU von 2 AU Durchmesser hat. Das Problem mit dem Ring oder möglicherweise sogar einer einfachen klassischen Dyson-Sphäre wäre, dass die Außenseite möglicherweise sehr wenig Schwerkraft hat, weil Sie anfangen, in die Situation zu geraten, in der Sie vielleicht abgeschleudert werden, wenn Sie das Karussell loslassen.

Wenn Sie nun versuchen, ein Shuttle zu fliegen und Ihr Shuttle auf eine Geschwindigkeitsdifferenz von 0 zur Erdrotation zu verlangsamen, besteht das Problem darin, dass sich Ihr beabsichtigter Landepunkt bereits bewegt (gedreht) hat, wenn Sie auf den Planeten zufliegen ). Ja, Sie werden den Planeten treffen oder möglicherweise landen oder abstürzen. Die Frage ist wo? Dies ist möglicherweise nicht die Landebahn, sodass Sie das Shuttle dann zu einem geeigneten Landeplatz fliegen müssen. Wenn Sie an der Stelle, die Sie ursprünglich anvisiert hatten, auf ein sich schnell drehendes Karussell springen wollten, ist die gute Abwechslung, dass Sie Ihr Ziel verfehlen.

Es kann eine knifflige Angelegenheit sein, von außen in den Durchgang / Durchgang einer rotierenden Dyson-Sphäre zu gelangen. Es kann auch schwierig sein, an einer bestimmten Stelle auf dem Dyson-Ring zu landen, da Sie sich nahezu parallel nähern und allmählich konvergieren müssen, aber Sie benötigen die richtige passende Geschwindigkeit, was bedeutet, dass Sie etwas schneller und schneller sein müssen Beginnen Sie allmählich mit der Verlangsamung, um sich anzupassen, oder landen Sie auf andere Weise, ohne zu viel schneller oder langsamer zu sein. Ein m/s schneller oder langsamer wird Sie nicht unbedingt umbringen, aber sagen Sie ... ein 100 m/s schneller oder langsamer kann einen katastrophalen Absturz bedeuten. 100 m / s sind im Grunde 224 mph Crash .... entweder Sie prallen gegen etwas vor Ihnen oder etwas hinter Ihnen prallt gegen Sie. Ein Jet kann mit dieser Geschwindigkeit eine solche Landung machen, wenn Sie etwas schneller sind, solange Sie eine freie Landebahn haben. Jedoch, Wenn vor Ihnen etwas stationär ist, dann wäre es so, als würde ein Jet auf einer Straße landen, die eine Sackgasse und eine große Struktur wie ein Gebäude direkt am Ende der Straße im Weg hat. Wenn Sie nicht rechtzeitig anhalten, stürzen Sie ab.

Ich bin mir nicht sicher, wie Luft in einem rotierenden Ring enthalten sein wird, um eine Atmosphäre zu bilden. Ich bin mir nicht sicher, ob es so wie auf der Erde sein wird. Die Art und Weise, wie die Erde ihre Atmosphäre behält, müsste auf geeignete Weise nachgebildet werden. IIRC: Die Magnetosphäre der Erde ist zumindest teilweise dafür verantwortlich, wie die Erde ihre Atmosphäre behält. Es ist ein großes Magnetfeld. Wir müssten das Äquivalent um und entlang des Rings durch eine Reihe von Magnetfeldgeneratoren erzeugen, aber es gibt derzeit keine machbaren Mittel in der gegenwärtigen menschlichen technologischen und industriellen Kapazität, um irgendetwas dieser Art zu tun. Dies ist etwas eine Rasse, die als Typ-II-Zivilisation auf der Kardashev-Skala oder irgendwo in dieser Richtung beschrieben werden würde, um überhaupt in der Lage zu sein, ein solches Unterfangen zu unternehmen.

Dies ist eine gute Frage, von der ich keine Ahnung habe, wie ich sie beantworten soll, insbesondere habe ich jetzt eine Ahnung, wie die Antwort tatsächlich lautet . Ich weiß, dass Nivens Ringworld-Design Wände erfordert, um die Atmosphäre daran zu hindern, in den Weltraum zu gelangen.

Hier ist meine beste Vermutung für eine Antwort:

• Tatsächlich hängt die "Schwerkraft", die ein rotierendes Objekt erfährt, von der Geschwindigkeit ab, mit der es sich bewegt

• Tatsächlich dreht sich die untere Atmosphäre aufgrund der Reibung mit seiner Oberfläche mit dem Ring

• Tatsächlich wird sich die durch Reibung aufgenommene Energie nicht sehr weit vertikal durch die Luftsäule ausbreiten, auf der Erde sehen wir Reibungseffekte nur in den unteren 300 Metern der Atmosphäre

Angenommen, die untere Atmosphäre und alles darin wird im Wesentlichen die gleiche Pseudogravitation erfahren wie die Oberfläche selbst, aber da diese Schwerkraft von der Geschwindigkeit bestimmt wird, wird sie sich relativ schnell mit der Höhe auflösen. Es wird auch eine atmosphärische Dichte geben, unterhalb derer sich der gravitative „Drop-off“-Effekt merklich beschleunigt.

Kurz gesagt, etwas in hundert Metern Höhe wird wahrscheinlich genauso viel, wenn nicht sogar etwas mehr Gravitation erfahren, als wir von einem Planeten erwarten würden, aber einen Kilometer oder mehr würde es langsam genug werden, stellar relativ, dass es schneller aufhört, Gravitationskräfte zu erfahren, als es auf ihm der Fall wäre ein Planet. Daher wird sich die Atmosphäre auf einer rotierenden Megastruktur in der Höhe schneller ausdünnen als auf einem Planeten.

Ich rate jedem, der sich mit dem Bau von Megastrukturen befasst, Larry Nivens Essay Bigger Than Worlds vollständig als Einführung zu lesen, er enthält viele nützliche Hinweise.