En física y ciencia de los materiales , una torre de caída o un tubo de caída es una estructura que se utiliza para producir un período controlado de ingravidez para un objeto en estudio. En ocasiones, se utilizan bolsas de aire, bolitas de poliestireno y frenos magnéticos o mecánicos para detener la caída de la carga útil experimental . En otros casos, el impacto a alta velocidad con un sustrato en la parte inferior de la torre es una parte intencional del protocolo experimental.
No todas estas instalaciones son torres - NASA Glenn 's Fondo para la Investigación de la gravedad cero se basa en un eje vertical, que se extiende hasta 510 pies (155 m) por debajo del nivel del suelo.
Operación típica
Para un experimento típico de ciencia de materiales, se carga una muestra del material en estudio en la parte superior del tubo de caída, que se llena con gas inerte o se evacua para crear un ambiente de baja presión. Después de cualquier preprocesamiento deseado (por ejemplo , calentamiento por inducción para fundir una aleación de metal ), la muestra se libera para caer al fondo del tubo. Durante su vuelo o al impactar la muestra se puede caracterizar con instrumentos como cámaras y pirómetros .
Las torres de caída también se utilizan comúnmente en la investigación de la combustión . Para este trabajo, el oxígeno debe estar presente y la carga útil puede estar encerrada en un escudo de resistencia para aislarla del "viento" de alta velocidad a medida que el aparato acelera hacia la parte inferior de la torre. Vea un video de un experimento de combustión en microgravedad en la instalación Glenn Five Second Drop de la NASA en [1] .
Los experimentos de física de fluidos y el desarrollo y prueba de hardware espacial también se pueden realizar utilizando una torre de caída. A veces, la investigación en tierra realizada con una torre de caída sirve como preludio para una investigación en vuelo más ambiciosa; Se pueden lograr períodos de ingravidez mucho más largos con aviones de trayectoria de vuelo parabólica o con laboratorios espaciales a bordo del Transbordador Espacial o de la Estación Espacial Internacional .
La duración de la caída libre producida en un tubo de caída depende de la longitud del tubo y de su grado de evacuación interna. El tubo de caída de 105 metros en Marshall Space Flight Center produce 4.6 segundos de ingravidez cuando está completamente evacuado. En la instalación de caída Fallturm Bremen en la Universidad de Bremen, se puede usar una catapulta para lanzar el experimento hacia arriba y prolongar la ingravidez de 4,74 a casi 9,3 segundos. [1] [2] Negando el espacio físico necesario para la aceleración inicial, esta técnica duplica el período efectivo de ingravidez. El Centro de Investigación Glenn de la NASA tiene una torre de caída de 5 segundos (La instalación de gravedad cero) y una torre de caída de 2,2 segundos (La torre de caída de 2,2 segundos).
Gran parte del costo operativo de una torre de caída se debe a la necesidad de evacuación del tubo de caída para eliminar el efecto de la resistencia aerodinámica. Alternativamente, el experimento se coloca dentro de una caja exterior (el escudo de resistencia) para la cual, debido a su peso, durante su caída la reducción de la aceleración debido a la resistencia del aire es menor.
Usos históricos
Aunque la historia puede ser apócrifa, se cree popularmente que Galileo usó la Torre Inclinada de Pisa como una torre de caída para demostrar que los cuerpos que caen se aceleran al mismo ritmo constante independientemente de su masa.
Las torres de caída llamadas torres de tiro alguna vez fueron útiles para hacer tiro de plomo . Un breve período de ingravidez permite que el plomo fundido se solidifique en una esfera casi perfecta cuando llega al piso de la torre.
Los tubos de caída se utilizan para la carga manual de pólvora negra ; la gota permite que el polvo se asiente en una caja, mejorando la compresión de las cargas de polvo. [ cita requerida ]
Lista de torres de caída
- El stand de vacío dinámico en el Academician VPMakeyev State Rocket Center
- Centro de investigación Glenn de la NASA 2.2 Second Drop Tower
- Instalación de investigación Zero-G del Centro de Investigación Glenn de la NASA
- Laboratorio de microgravedad de Japón (MGLAB) (cerrado en junio de 2010) [3]
- Torre de caída HASTIC 50m, Sapporo [4]
- Fallturm Bremen
- Applied Dynamics Laboratories torre de caída para naves espaciales giratorias
- Tubo de caída experimental del departamento de metalurgia de Grenoble
- La instalación del tubo de caída del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA está actualmente suspendida
- Dryden Drop Tower, Portland State University, Maseeh College of Engineering and Computer Science
- Laboratorio Nacional de Microgravedad (China) [5]
- La pagoda del Real Jardín Botánico de Kew se utilizó durante la Segunda Guerra Mundial como torre de caída para probar diseños de bombas. [6]
- Torre de caída de la Universidad de Tecnología de Queensland , Brisbane (Cerrado en 2014) [7] [8]
Ver también
- Centro de Investigación Glenn
- Centro Marshall de vuelos espaciales
- Levitación magnética
- Entorno de microgravedad
- Torre de tiro
- Ingravidez
Referencias
- ^ VON KAMPEN, P., KÖNEMANN, T. y RATH, HJ (2010). The drop tower bremen: una descripción general, en COSPAR, Actas de la 38ª Asamblea Científica de COSPAR, Bremen, Alemania, 15-18 de julio de 2010. p. 3587. Disponible en: http://adsabs.harvard.edu/abs/2010cosp...38.3587V [Consulta: 14 de junio de 2011]
- ^ KÖNEMANN, T., VON KAMPEN, P. y RATH, HJ (2010). The drop tower bremen - operación experimental, en COSPSAR, Actas de la 38ª Asamblea Científica de COSPAR, Bremen, Alemania, 15-18 de julio de 2010. Volumen 38 de COSPAR, Sesión plenaria. pag. 3588. Disponible en: http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=2010cosp...38.3588K&link_type=ARTICLE&db_key=AST&high= [Consulta: 14 de junio de 2011]
- ^ http://www.mext.go.jp/a_menu/kaihatu/space/kaihatsushi/detail/1299905.htm [en japonés]
- ^ "宇宙 環境 利用" . www.hastic.jp . Consultado el 14 de enero de 2020 .
- ^ Zhang, X .; Yuan, L .; WU; Tian, L .; YAO, K. (2005). "Algunas técnicas clave del dispositivo de experimento de torre de caída del laboratorio nacional de microgravedad (China) (NMLC)" . Ciencia en China Serie E: Ciencias tecnológicas . 48 (3): 305–316. Código bibliográfico : 2005ScChE..48..305Z . doi : 10.1360 / 102004-21 . S2CID 110511662 .
- ^ Un año en la vida de Kew Gardens , 2007, pg86, Joanna Jackson
- ^ Steinberg, T. (2008). "Capacidades de investigación y pruebas de gravedad reducida en la nueva torre 2.0 Second Drop de la Universidad de Tecnología de Queensland" . Investigación avanzada de materiales . 32 : 21-24. doi : 10.4028 / www.scientific.net / amr.32.21 . S2CID 44240229 .
- ^ Plagens, Owen; Castillo, Martín; Steinberg, Theodore; Ong, Teng-Cheong (2014). "Instalación de torre de caída en la Universidad de Tecnología de Queensland". Cosp . 40 : G0.2–1–14-1. Código bibliográfico : 2014cosp ... 40E2560P .