Безтегловност
Астронавти на борда на Международната космическа станция
Горяща свещ на Земята (вляво) и при нулева гравитация (вдясно)
Безтегловност- състояние, при което силата на взаимодействие на тяло с опора (тегло на тялото), възникваща във връзка с гравитационното привличане, действието на други масови сили, по-специално инерционната сила, която възниква по време на ускореното движение на тялото, е отсъстващ. Понякога можете да чуете друго име за този ефект - микрогравитация. Това име е неправилно за полет близо до Земята. Гравитацията (силата на привличане) остава същата. Но при летене на големи разстояния от небесни тела, когато тяхното гравитационно влияние е незначително, действително възниква микрогравитация.
За да разберете същността на безтегловността, можете да разгледате самолет, летящ по балистична траектория. Такива методи се използват за обучение на астронавти в Русия и САЩ. В пилотската кабина на струна е окачена тежест, която обикновено дърпа струната надолу (ако самолетът е в покой или се движи равномерно и праволинейно). Когато нишката, на която виси топката, не е опъната, настъпва състояние на безтегловност. Така пилотът трябва да управлява самолета така, че топката да виси във въздуха и струната да не е опъната. За да се постигне този ефект, самолетът трябва да има постоянно ускорение надолу g. С други думи, пилотите създават нулева g-сила. Такова претоварване може да се създаде за дълго време (до 40 секунди) чрез извършване на специална маневра за висш пилотаж (която няма друго име освен „провал във въздуха“). Пилотите рязко намаляват височината при стандартна височина на полета от 11 000 метра, което дава необходимите 40 секунди „безтегловност“; Вътре във фюзелажа има камера, в която тренират бъдещите космонавти; тя има специално меко покритие на стените, за да се избегнат наранявания при изкачване и спускане на височина. Човек изпитва усещане, подобно на безтегловност, когато лети с полети на гражданската авиация при кацане. Въпреки това, в интерес на безопасността на полета и голямото натоварване на конструкцията на самолета, гражданската авиация намалява височината, като прави няколко дълги спираловидни завъртания (от височина на полета 11 km до височина на подход около 1-2 km). Тези. Спускането се извършва в няколко минавания, при които пътникът усеща за няколко секунди, че го повдигат от седалката. (Същото усещане е познато на шофьорите, които са запознати с маршрути, минаващи по стръмни хълмове, когато колата започне да се плъзга надолу от върха) Твърденията, че самолетът изпълнява фигури от висшия пилотаж като „примката на Нестеров“, за да създаде краткотрайна безтегловност не са нищо повече от мит. Обучението се провежда в леко модифицирани производствени пътнически или товарни превозни средства, за които пилотажните маневри и подобни режими на полет са свръхкритични и могат да доведат до разрушаване на превозното средство във въздуха или бърза умора на носещите конструкции.
Особености на човешката дейност и работата на оборудването в условия на безтегловност
В условията на безтегловност на борда на космически кораб много физически процеси (конвекция, горене и т.н.) протичат по различен начин, отколкото на Земята. Липсата на гравитация, по-специално, изисква специален дизайн на системи като душове, тоалетни, системи за затопляне на храна, вентилация и др. За да се избегне образуването на застояли зони, където може да се натрупа въглероден диоксид, и за да се осигури равномерно смесване на топъл и студен въздух, МКС например има инсталиран голям брой вентилатори. Храненето и пиенето, личната хигиена, работата с апаратурата и като цяло обичайните ежедневни дейности също имат своите особености и изискват от космонавта да развие навици и необходимите умения.
Ефектите от безтегловността неизбежно се вземат предвид при проектирането на ракетен двигател с течно гориво, предназначен за изстрелване при нулева гравитация. Компонентите на течното гориво в резервоарите се държат точно както всяка течност (образувайки течни сфери). Поради тази причина подаването на течни компоненти от резервоарите към горивопроводите може да стане невъзможно. За да се компенсира този ефект, се използва специална конструкция на резервоара (със сепаратори за газ и течна среда), както и процедура за утаяване на горивото преди стартиране на двигателя. Тази процедура се състои от включване на спомагателните двигатели на кораба за ускорение; лекото ускорение, което създават, отлага течното гориво на дъното на резервоара, откъдето захранващата система насочва горивото към тръбопроводите.
Ефектите на безтегловността върху човешкото тяло
При преход от условията на земната гравитация към условия на безтегловност (предимно когато космически кораб навлиза в орбита), повечето астронавти изпитват реакция на организма, наречена синдром на космическата адаптация.
Когато човек остане в космоса дълго време (няколко седмици или повече), липсата на гравитация започва да предизвиква определени промени в тялото, които са негативни.
Първата и най-очевидна последица от безтегловността е бързата атрофия на мускулите: мускулите всъщност са изключени от човешката дейност, в резултат на което всички физически характеристики на тялото намаляват. В допълнение, последствието от рязкото намаляване на активността на мускулната тъкан е намаляване на потреблението на кислород от тялото и поради получения излишък на хемоглобин, активността на костния мозък, който го синтезира (хемоглобин), може да намалее.
Освен това има основание да се смята, че ограничената подвижност ще наруши метаболизма на фосфора в костите, което ще доведе до намаляване на тяхната здравина.
Тегло и гравитация
Доста често изчезването на теглото се бърка с изчезването на гравитационното привличане. Това е грешно. Пример за това е ситуацията на Международната космическа станция (МКС). На надморска височина от 350 километра (надморската височина на станцията) гравитационното ускорение е 8,8/², което е само с 10% по-малко, отколкото на повърхността на Земята. Състоянието на безтегловност на МКС не възниква поради „липса на гравитация“, а поради движение по кръгова орбита при първата скорост на евакуация, тоест космонавтите сякаш постоянно „падат напред“ със скорост 7,9 км/сек.
Безтегловност на Земята
На Земята за експериментални цели се създава краткотрайно състояние на безтегловност (до 40 s), когато самолет лети по параболична равнина (и всъщност балистична, т.е. тази, по която самолетът би летял под влияние само на силата на гравитацията; тази траектория е парабола само ако при ниски скорости тя е елипса, кръг или хипербола). Състоянието на безтегловност може да се усети в началния момент на свободно падане на тялото в атмосферата, когато съпротивлението на въздуха е все още малко.
Връзки
- Астрономически речник Санко Н.Ф.
- Парабола с нулева гравитация Видео от телевизионното студио на Роскосмос
Бележки
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Синоними:Вижте какво е „безтегловност“ в други речници:
Безтегловност... Правописен речник-справочник
Лекота, ефирност, слабост, хидро-безтегловност, незначителност, ефирност Речник на руските синоними. безтегловност вижте лекота 1 Речник на синонимите на руския език. Практическо ръководство. М.: Руски език. З. Е. Александрова ... Речник на синонимите
Състояние, при което външните сили, действащи върху тялото, не предизвикват взаимно налягане на неговите частици една върху друга. В гравитационното поле на Земята човешкото тяло възприема подобни налягания като усещане за тежест. Безтегловността възниква, когато... Голям енциклопедичен речник
Съвременна енциклопедия
Безтегловност, състояние, изпитвано от обект, при което ефектът на теглото не се проявява. Безтегловността може да се изпита в космоса или по време на свободно падане, въпреки че е налице гравитационното привличане на „тежко“ тяло. астронавти..... Научно-технически енциклопедичен речник
Състояние на материално тяло, движещо се в гравитационно поле, при което действащите върху него сили на гравитацията или движението, което извършва, не предизвикват натиск на телата едно върху друго. Ако едно тяло е в покой в гравитационното поле на Земята върху хоризонтална равнина,... ... Физическа енциклопедия
Безтегловност- БЕЗТЕГЛОВНОСТ, състояние, при което външните сили, действащи върху тялото, не предизвикват взаимно налягане на неговите частици една върху друга. Безтегловност възниква, когато тялото се движи свободно в гравитационно поле (например по време на вертикално падане, движение по... ... Илюстрован енциклопедичен речник
БЕЗТЕГЛОВНОСТ- състояние, при което материално тяло се движи свободно в гравитационното поле на Земята (или друго небесно тяло) под въздействието само на гравитационните сили. Ще различи. Особеността на състоянието H. е, че по време на H. външните сили, действащи върху частиците на тялото. силите (силите на гравитацията) не предизвикват взаимно налягане на частиците на тялото една върху друга.
Когато тялото е в покой в гравитационното поле на Земята върху хоризонтална равнина, върху него също действа числено равна, но противоположно насочена сила - реакцията на равнината. В резултат на това в тялото възникват вътрешни течности. сили под формата на взаимно налягане на частиците на тялото една върху друга. Човешкото тяло възприема такива вътрешни. усилието като състояние на тежест, което му е познато. Появяват се тези вътрешни. сили, дължащи се на реакцията на самолета. Реакцията е повърхностна сила, т.е. сила, действаща директно върху някаква част от повърхността на тялото; Действието на тази сила се предава на други частици от тялото чрез натиска на съседни частици върху тях, което предизвиква съответните вътрешни сили в тялото. усилия. Подобни вътрешни сили възникват, когато всякакви други повърхностни сили действат върху тялото: теглителна сила, сила на съпротивление на околната среда и т.н. Ако повърхностната сила е числено по-голяма от силата на гравитацията, тогава вътрешната сила е съответно по-голяма. усилие, което причинява явлението претоварване и възниква например при изстрелване на ракета.
Гравитационната сила е масова сила и за разлика от повърхностните действа директно върху всяка една от частиците на тялото. Следователно, когато върху едно тяло действат само гравитационни сили, те пряко придават на всяка от частиците на тялото еднакво ускорение и тези частици се движат като свободни, без да упражняват взаимен натиск една върху друга; тялото е в състояние Н.
Най-общо състоянието на Х. възниква при: а) външни сили, действащи върху тялото. силите са само маса (гравитационни сили); б) полето на тези масови сили е локално хомогенно, т.е. силите на полето придават на всички частици на тялото във всяка от неговите позиции ускорения, които са еднакви по големина и посока, които при движение в гравитационното поле на Земята , практически възниква, ако размерите на тялото са малки спрямо радиуса на Земята; в началото. скоростите на всички частици на тялото са еднакви по големина и посока (тялото се движи постъпателно).
Например пространството летя. апаратът (или спътникът) и всички намиращи се в него тела, като са получили съответното начало. скорост, се движат под въздействието на гравитационните сили по своите орбити с почти еднакви ускорения, като свободните, и нито самите тела, нито техните частици упражняват взаимно налягане един върху друг, т.е. те са в състояние H. В същото време относителна до кабината, те летят . апарат, тялото, разположено в него, може да остане в покой навсякъде (свободно да „виси“ в пространството). Въпреки че гравитационните сили под N. действат върху всички частици на тялото, няма външна сила. повърхностни сили, които биха могли да причинят взаимно налягане на частиците една върху друга. Моля, имайте предвид, че вътрешните усилия от различен характер, които не са причинени от външни сили. влияе, например молекулярните сили, температурата и мускулните сили в човешкото тяло също могат да възникнат в H.
Х. може значително да повлияе на редица физически. явления. Например, в течност, излята в съд, силите на междумолекулно взаимодействие, които са малки при „земни“ условия в сравнение със силите на натиск, причинени от теглото, засягат само формата на менискуса. При H. действието на тези сили води до факта, че омокрящата течност, поставена в затворен съд, се разпределя равномерно по стените на съда, а въздухът, ако има такъв, заема средната част на съда, докато немокряща течност приема формата на топка в съда. Капки течност, излята от съда, също се изтеглят на топки.
В резултат на това означава. разлики между H. условия и "наземни" условия, в които се създават и отстраняват грешки инструменти и комплекти от сателити и космически спътници. летя. космически кораби и техните ракети-носители, проблемът на Х. заема важно място сред другите проблеми на космонавтиката. По този начин, в условията на H., инструментите и устройствата, в които се използват физически, са неподходящи. махала или свободно подаване на течност и т.н. Отчитането на H. става особено важно за системи с контейнери, частично пълни с течност, което се случва например в двигател. инсталации с течно-реактивни двигатели, предназначени за многократно задействане в космоса. полет. Появяват се и редица други технологии. проблеми.
Особено важно е да се вземат предвид уникалните условия на H. по време на полета на обитаеми космически кораби. кораби, тъй като условията на живот на човек под Х. се различават значително от обичайните, „земни“ условия, което причинява промени в редица жизнени функции. Въпреки това, предварителен обучението и превантивните мерки позволяват на човек да остане и да работи успешно в H.
Предполага се също, че за много дълго време. Полети на орбитални (близки до Земята) или междупланетни станции могат да създадат изкуство. "гравитация", разполагаща например работни зони в въртящи се около центъра кабини. части от гарата. Телата в тези кабини ще бъдат притиснати към страничната повърхност на кабината, ръбовете ще играят ролята на „под“, а реакцията на този „под“, нанесена върху телата, ще създаде изкуство. "тежест".
Безтегловността - по-точно микрогравитацията - е специално състояние извън земната (или друга) гравитация, когато тя практически не се усеща и тялото на астронавта е в състояние на непрекъснато свободно падане. Безтегловността може да бъде изпитана например в свободно падащ асансьор или самолет (такива акробати се използват за обучение в изкуствена безтегловност) или в околоземна орбита на Международната космическа станция. Продължителното излагане на безтегловност е вредно за физическото състояние на астронавтите, така че учените проучват как да намалят скоростта на загуба на мускули и кости в микрогравитацията, за да предпазят бъдещите пътници до Марс и отвъд него. Буквално шест месеца, прекарани в орбита, причиняват необратими промени в човешкото тяло.
Продължителният престой в условия на безтегловност води до здравословни проблеми – това е факт. Например, хората вече знаят, че астронавтите ще изпитат широк спектър от медицински проблеми по време на своя полет, включително мускулна атрофия, дефицит на калций, лоша кардиопулмонална функция, зрителни увреждания и дори отслабен имунитет. Изследователи от болницата Хенри Форд в Мичиган добавиха още един проблем към този списък – доказано е, че безтегловността разрушава ставите, които не се възстановяват дори след завръщането си на Земята.
Тегло като сила, с която всяко тяло действа върху повърхност, опора или окачване. Теглото възниква поради гравитационното привличане на Земята. Числено теглото е равно на силата на гравитацията, но последната е приложена към центъра на масата на тялото, докато тежестта е приложена към опората.
Безтегловност - нулево тегло, може да възникне, ако няма гравитационна сила, тоест тялото е достатъчно далеч от масивни обекти, които могат да го привлекат.
Международната космическа станция се намира на 350 км от Земята. На това разстояние ускорението на гравитацията (g) е 8,8 m/s2, което е само с 10% по-малко, отколкото на повърхността на планетата.
Това рядко се среща на практика - гравитационното влияние винаги съществува. Астронавтите на МКС все още са засегнати от Земята, но там цари безтегловност.
Друг случай на безтегловност възниква, когато гравитацията се компенсира от други сили. Например, МКС е подложена на гравитация, леко намалена поради разстоянието, но станцията също се движи в кръгова орбита с изходна скорост и центробежната сила компенсира гравитацията.
Безтегловност на Земята
Феноменът безтегловност е възможен и на Земята. Под влияние на ускорението телесното тегло може да намалее и дори да стане отрицателно. Класическият пример, даден от физиците, е падащ асансьор.
Ако асансьорът се движи надолу с ускорение, тогава налягането върху пода на асансьора и следователно теглото ще намалее. Освен това, ако ускорението е равно на ускорението на гравитацията, тоест асансьорът пада, теглото на телата ще стане нула.
Отрицателно тегло се наблюдава, ако ускорението на движението на асансьора надвишава ускорението на свободното падане - телата вътре ще се "залепят" за тавана на кабината.
Този ефект се използва широко за симулиране на безтегловност при обучение на астронавти. Самолетът, оборудван с тренировъчна камера, се издига на значителна височина. След което се спуска по балистична траектория, всъщност машината се изравнява на повърхността на земята. При гмуркане от 11 хиляди метра можете да получите 40 секунди безтегловност, която се използва за обучение.
Има погрешно схващане, че такива хора изпълняват сложни фигури, като „примката на Нестеров“, за да постигнат безтегловност. Всъщност за обучение се използват модифицирани производствени пътнически самолети, които не са способни на сложни маневри.
Физически израз
Физическата формула за тегло (P) по време на ускорено движение на опора, било то падащ корсаж или гмуркащ самолет, е следната:
където m е телесна маса,
g – ускорение на свободно падане,
a е ускорението на опората.
Когато g и a са равни, P=0, тоест се постига безтегловност.
Какво е безтегловност? Плаващи чаши, способността да летите и да ходите по тавана и да местите дори най-масивните предмети с лекота - такава е романтичната идея на тази физическа концепция.
Ако попитате астронавт какво е безтегловност, той ще ви каже колко е трудно през първата седмица на борда на станцията и колко време отнема възстановяването след завръщане, свикването с условията на гравитация. Един физик най-вероятно ще пропусне такива нюанси и ще разкрие концепцията с математическа точност, използвайки формули и числа.
Определение
Нека започнем нашето запознаване с феномена, като разкрием научната същност на въпроса. Физиците определят безтегловността като състояние на тялото, когато неговото движение или външни сили, действащи върху него, не водят до взаимно налягане на частиците една върху друга. Последното винаги се случва на нашата планета, когато всеки обект се движи или е в покой: той се притиска от гравитацията и противоположно насочената реакция на повърхността, върху която се намира обектът.
Изключение от това правило са случаите на падане със скоростта, която гравитацията придава на тялото. При такъв процес няма натиск на частиците една върху друга, появява се безтегловност. Физиката казва, че състоянието, което се случва в космически кораби и понякога в самолети, се основава на същия принцип. Безтегловността се появява в тези устройства, когато се движат с постоянна скорост във всяка посока и са в състояние на свободно падане. Изкуствен спътник или доставен в орбита с помощта на ракета-носител. Той им дава определена скорост, която се поддържа, след като устройството изключи собствените си двигатели. В този случай корабът започва да се движи само под въздействието на гравитацията и настъпва безтегловност.
Вкъщи
Последствията от полетите за астронавтите не спират дотук. След като се върнат на Земята, те трябва да се адаптират обратно към гравитацията за известно време. Какво е безтегловност за космонавт, завършил своя полет? На първо място, това е навик. Съзнанието за известно време все още отказва да приеме факта за наличието на гравитация. В резултат на това често има случаи, когато астронавт, вместо да постави чаша на масата, просто я пуска и осъзнава грешката едва след като чува звука на чинии, счупени на пода.
Хранене
Една от трудните и в същото време интересни задачи за организаторите на пилотирани полети е да осигурят на космонавтите храна, която е лесно смилаема от тялото под въздействието на безтегловност в удобна форма. Първите експерименти не предизвикаха голям ентусиазъм сред членовете на екипажа. Показателен случай в това отношение е, когато американският астронавт Джон Йънг, противно на строгите забрани, внася на борда сандвич, който обаче не изяждат, за да не нарушават още повече разпоредбите.
Днес няма проблеми с разнообразието. Списъкът с ястия, достъпни за руските космонавти, включва 250 позиции. Понякога товарен кораб, заминаващ за гарата, ще достави прясна храна, поръчана от някой от екипажа.
Основата на диетата е Всички течни ястия, напитки и пюрета са опаковани в алуминиеви туби. Опаковките и опаковката на продуктите са проектирани по такъв начин, че да се избегне появата на трохи, които се носят в безтегловност и могат да попаднат в окото на някого. Например, бисквитките се правят доста малки и покрити с черупка, която се топи в устата ви.
Познато обкръжение
На станции като МКС те се опитват да доведат всички условия до познатите на Земята. Те включват национални ястия в менюто, движението на въздуха, необходимо както за функционирането на тялото, така и за нормалната работа на оборудването и дори обозначаването на пода и тавана. Последното има по-скоро психологическо значение. Астронавт в нулева гравитация не се интересува в каква позиция да работи, но разпределението на условен под и таван намалява риска от загуба на ориентация и насърчава по-бързата адаптация.
Безтегловността е една от причините, поради които не всеки се приема за астронавт. Адаптацията при пристигане на станцията и след връщане на Земята е сравнима с аклиматизацията, подобрена няколко пъти. Човек с лошо здраве може да не издържи на такова натоварване.