Vægtløshed
Astronauter ombord på den internationale rumstation
At brænde et stearinlys på Jorden (venstre) og i nul tyngdekraft (højre)
Vægtløshed- en tilstand, hvor kraften af et legemes vekselvirkning med en støtte (kropsvægt), der opstår i forbindelse med tyngdekraftens tiltrækning, virkningen af andre massekræfter, især den inertikraft, der opstår under den accelererede bevægelse af et legeme, er fraværende. Nogle gange kan du høre et andet navn for denne effekt - mikrogravitation. Dette navn er forkert for nær-jorden-flyvning. Tyngdekraften (tiltrækningskraften) forbliver den samme. Men når man flyver i store afstande fra himmellegemer, når deres gravitationspåvirkning er ubetydelig, opstår der faktisk mikrogravitation.
For at forstå essensen af vægtløshed kan du overveje et fly, der flyver langs en ballistisk bane. Sådanne metoder bruges til at træne astronauter i Rusland og USA. I cockpittet er en vægt ophængt i en snor, som normalt trækker snoren ned (hvis flyet er i ro eller bevæger sig ensartet og i en lige linje). Når tråden, som kuglen hænger på, ikke er spændt, opstår der en tilstand af vægtløshed. Piloten skal således styre flyet, så bolden hænger i luften, og snoren ikke er spændt. For at opnå denne effekt skal flyet have en konstant nedadgående acceleration g. Med andre ord skaber piloter nul g-kraft. En sådan overbelastning kan skabes i lang tid (op til 40 sekunder) ved at udføre en speciel aerobatikmanøvre (som ikke har andet navn end "fejl i luften"). Piloterne sænker højden kraftigt ved en standard flyvehøjde på 11.000 meter, dette giver de nødvendige 40 sekunders "vægtløshed"; Inde i flykroppen er der et kammer, hvor fremtidige kosmonauter træner, den har en speciel blød belægning på væggene for at undgå skader, når de klatrer og falder i højden. En person oplever en følelse, der ligner vægtløshed, når han flyver på civile flyvninger ved landing. Men af hensyn til flysikkerheden og den tunge belastning af flyets struktur sænker civil luftfart højden ved at lave flere lange spiraldrejninger (fra en flyvehøjde på 11 km til en indflyvningshøjde på ca. 1-2 km). De der. Nedstigningen gennemføres i flere passager, hvor passageren i nogle sekunder mærker, at han bliver løftet op fra sædet. (Den samme følelse kender bilister, der kender til ruter, der passerer langs stejle bakker, når bilen begynder at glide ned fra toppen) Påstandene om, at flyet udfører kunstflyvningsmanøvrer såsom "Nesterov loop" for at skabe kortsigtet vægtløshed er intet andet end en myte. Træning udføres i let modificerede passager- eller fragtklassekøretøjer, for hvilke kunstflyvningsmanøvrer og lignende flyvemåder er superkritiske og kan føre til ødelæggelse af køretøjet i luften eller hurtig træthedsfejl i de understøttende strukturer.
Egenskaber ved menneskelig aktivitet og betjening af udstyr under vægtløshedsforhold
I forhold med vægtløshed om bord på et rumfartøj forløber mange fysiske processer (konvektion, forbrænding osv.) anderledes end på Jorden. Især fraværet af tyngdekraft kræver en særlig udformning af systemer som brusere, toiletter, madvarmeanlæg, ventilation mv. For at undgå dannelsen af stillestående zoner, hvor kuldioxid kan ophobes, og for at sikre ensartet blanding af varm og kold luft, har ISS f.eks. et stort antal ventilatorer installeret. At spise og drikke, personlig hygiejne, arbejde med udstyr og i det hele taget almindelige hverdagsaktiviteter har også deres egne karakteristika og kræver, at astronauten udvikler vaner og de nødvendige færdigheder.
Virkningerne af vægtløshed tages uundgåeligt i betragtning i designet af en raketmotor med flydende drivmiddel designet til at starte med nul tyngdekraft. Flydende brændstofkomponenter i tanke opfører sig nøjagtigt det samme som enhver væske (danner flydende kugler). Af denne grund kan tilførsel af flydende komponenter fra tankene til brændstofledningerne blive umulige. For at kompensere for denne effekt anvendes et specielt tankdesign (med gas- og væskemedieseparatorer) samt en brændstofsedimenteringsprocedure, før motoren startes. Denne procedure består i at tænde for skibets hjælpemotorer til acceleration; den lille acceleration, de skaber, afsætter det flydende brændstof i bunden af tanken, hvorfra forsyningssystemet leder brændstoffet ind i ledningerne.
Virkningerne af vægtløshed på den menneskelige krop
Når de skifter fra betingelserne for jordens tyngdekraft til forhold med vægtløshed (primært når et rumfartøj går i kredsløb), oplever de fleste astronauter en organismereaktion kaldet rumtilpasningssyndrom.
Når en person opholder sig i rummet i lang tid (adskillige uger eller mere), begynder manglen på tyngdekraft at forårsage visse ændringer i kroppen, som er negative.
Den første og mest åbenlyse konsekvens af vægtløshed er den hurtige atrofi af muskler: Musklerne er faktisk slukket fra menneskelig aktivitet, som et resultat, falder alle kroppens fysiske egenskaber. Derudover er konsekvensen af et kraftigt fald i muskelvævets aktivitet et fald i kroppens iltforbrug, og på grund af det resulterende overskud af hæmoglobin kan aktiviteten af knoglemarven, der syntetiserer det (hæmoglobin), falde.
Der er også grund til at tro, at begrænset mobilitet vil forstyrre fosforstofskiftet i knoglerne, hvilket vil føre til et fald i deres styrke.
Vægt og tyngdekraft
Ganske ofte forveksles vægtens forsvinden med forsvinden af gravitationel tiltrækning. Det er forkert. Et eksempel er situationen på den internationale rumstation (ISS). I en højde på 350 kilometer (stationens højde) er accelerationen på grund af tyngdekraften 8,8/², hvilket kun er 10 % mindre end på Jordens overflade. Tilstanden af vægtløshed på ISS opstår ikke på grund af "manglen på tyngdekraft", men på grund af bevægelse i en cirkulær bane ved den første flugthastighed, det vil sige, at kosmonauterne konstant "falder frem" med en hastighed på 7,9 km/s.
Vægtløshed på jorden
På Jorden, til eksperimentelle formål, skabes en kortvarig tilstand af vægtløshed (op til 40 s), når et fly flyver langs et parabolsk fly (og faktisk ballistisk, det vil sige det, som flyet ville flyve langs under påvirkning af tyngdekraften alene er en parabel, hvis den for en satellit er en ellipse, cirkel eller hyperbel. Tilstanden af vægtløshed kan mærkes i det første øjeblik af et legemes frie fald i atmosfæren, når luftmodstanden stadig er lille.
Links
- Astronomisk ordbog Sanko N. F.
- Zero gravity parabel Video fra Roscosmos tv-studie
Noter
Wikimedia Foundation. 2010.
Synonymer:Se, hvad "Vægtløshed" er i andre ordbøger:
Vægtløshed... Retskrivningsordbog-opslagsbog
Lethed, æterisk, svaghed, hydro-vægtløshed, ubetydelighed, luftighed Ordbog over russiske synonymer. vægtløshed se lethed 1 Ordbog over synonymer af det russiske sprog. Praktisk guide. M.: Russisk sprog. Z. E. Alexandrova ... Synonym ordbog
En tilstand, hvor ydre kræfter, der virker på et legeme, ikke forårsager gensidigt tryk af dets partikler på hinanden. I Jordens gravitationsfelt opfatter den menneskelige krop sådanne pres som en følelse af vægt. Vægtløshed opstår, når... Stor encyklopædisk ordbog
Moderne encyklopædi
Vægtløshed, en tilstand, der opleves af en genstand, hvor virkningen af vægt ikke viser sig. Vægtløshed kan opleves i rummet eller under frit fald, selvom tyngdekraftens tiltrækning af en "vægtig" krop er til stede. Astronauter ...... Videnskabelig og teknisk encyklopædisk ordbog
Tilstanden af et materielt legeme, der bevæger sig i et tyngdefelt, hvor tyngdekræfterne, der virker på det eller den bevægelse, det foretager, ikke forårsager pres på kroppene på hinanden. Hvis et legeme er i hvile i jordens gravitationsfelt på et vandret plan,... ... Fysisk encyklopædi
Vægtløshed- VÆGTløshed, en tilstand, hvor ydre kræfter, der virker på et legeme, ikke forårsager gensidigt tryk af dets partikler på hinanden. Vægtløshed opstår, når en krop bevæger sig frit i et gravitationsfelt (for eksempel under et lodret fald, bevægelse langs... ... Illustreret encyklopædisk ordbog
VÆGTløshed- en tilstand, hvor der er et materielt legeme, der bevæger sig frit i Jordens gravitationsfelt (eller et hvilket som helst andet himmellegeme) kun under indflydelse af gravitationskræfter. Vil skelne. Det ejendommelige ved H.-tilstanden er, at under H. virker de ydre kræfter på kroppens partikler. kræfter (tyngdekraften) forårsager ikke gensidigt tryk af kropspartikler på hinanden.
Når et legeme er i hvile i jordens tyngdefelt på et vandret plan, bliver det også påvirket af en numerisk lige stor, men modsat rettet kraft - planets reaktion. Som et resultat opstår der indre væsker i kroppen. kræfter i form af gensidigt tryk af kropspartikler på hinanden. Den menneskelige krop opfatter sådanne indre. indsats som en tilstand af vægtighed, der er kendt for ham. Disse interne vises. kræfter på grund af flyets reaktion. Reaktionen er en overfladekraft, det vil sige en kraft, der virker direkte på en del af kroppens overflade; Virkningen af denne kraft overføres til andre partikler i kroppen ved trykket fra nabopartikler på dem, hvilket forårsager de tilsvarende indre kræfter i kroppen. indsats. Lignende internt kræfter opstår, når andre overfladekræfter virker på kroppen: trækkraft, miljømodstandskraft osv. Hvis overfladekraften er numerisk større end tyngdekraften, så er den indre kraft tilsvarende større. indsats, som forårsager fænomenet overbelastning og opstår for eksempel under raketopsendelse.
Tyngdekraften er en massekraft og virker i modsætning til overfladekræfter direkte på hver af kroppens partikler. Derfor, når kun gravitationskræfter virker på et legeme, giver de direkte hver af kroppens partikler den samme acceleration, og disse partikler bevæger sig som frie, uden at udøve gensidigt pres på hinanden; kroppen er i tilstand H.
Generelt opstår tilstanden af H., når: a) ydre kræfter virker på kroppen. kræfter er kun masse (tyngdekraften); b) feltet af disse massekræfter er lokalt homogent, dvs. feltkræfterne giver alle partikler i kroppen i hver af dets positioner accelerationer, der er identiske i størrelse og retning, som, når de bevæger sig i jordens gravitationsfelt , opstår praktisk talt, hvis kroppens dimensioner er små sammenlignet med Jordens radius; i begyndelsen. hastighederne af alle legemets partikler er identiske i størrelse og retning (legemet bevæger sig translationelt).
For eksempel plads flyve. apparatet (eller satellitten) og alle de organer, der er placeret i det, efter at have modtaget den passende begyndelse. hastighed, bevæger sig under påvirkning af gravitationskræfter langs deres baner med næsten identiske accelerationer, ligesom frie, og hverken legemerne selv eller deres partikler udøver gensidigt pres på hinanden, dvs. de er i tilstand H. Samtidig er relativ til kabinen, de flyver. apparat, kan kroppen, der er placeret i det, forblive i ro hvor som helst (frit "hænge" i rummet). Selvom gravitationskræfter under N. virker på alle kroppens partikler, er der ingen ydre kraft. overfladekræfter, som kan forårsage gensidigt tryk af partikler på hinanden. Bemærk venligst, at intern indsats af en anden karakter, ikke forårsaget af eksterne kræfter. påvirkninger f.eks molekylære kræfter, temperatur og muskelkræfter i den menneskelige krop kan også forekomme i tilstanden H.
H. kan påvirke en række fysiske. fænomener. For eksempel, i en væske, der hældes i et kar, påvirker kræfterne af intermolekylær interaktion, som er små under "terrestriske" forhold sammenlignet med trykkræfterne forårsaget af vægt, kun formen af menisken. Med H. fører Virkningen af disse Kræfter til, at Befugtningsvæsken, der er anbragt i et lukket Kar, er jævnt fordelt over Karrets Vægge, og Luft, hvis der er nogen, optager den midterste Del af Karret, medens ikke-vædende væske har form af en kugle i beholderen. Dråber af væske, der hældes ud af beholderen, trækkes også til kugler.
Som et resultat betyder det. forskelle mellem H. forhold og "terrestriske" forhold, hvor instrumenter og samlinger af satellitter og rumsatellitter skabes og fejlsøges. flyve. rumfartøjer og deres løfteraketter indtager problemet med H. en vigtig plads blandt andre problemer inden for astronautik. I forhold til H. er instrumenter og anordninger, hvor fysiske anvendes, således uegnede. penduler eller fri tilførsel af væske osv. At tage hensyn til H. bliver især vigtigt for anlæg med beholdere delvist fyldt med væske, som fx forekommer i en motor. installationer med væskestrålemotorer, designet til gentagen aktivering i rummet. flyvningen. En række andre teknologier dukker også op. problemer.
Det er især vigtigt at tage højde for H.s unikke forhold under flyvningen af beboelige rumfartøjer. skibe, fordi levevilkårene for en person under H. adskiller sig væsentligt fra de sædvanlige, "jordiske" forhold, hvilket medfører ændringer i en række af hans livsfunktioner. Dog en foreløbig uddannelse og forebyggende foranstaltninger giver en person mulighed for at blive og arbejde med succes i H.
Det antages også, at i meget lang tid. Flyvninger på orbitale (nær Jorden) eller interplanetariske stationer kan skabe kunst. "tyngdekraft", lokalisering af for eksempel arbejdsområder i kabiner, der roterer rundt om midten. dele af stationen. Kroppene i disse kabiner vil blive presset mod sidefladen af kabinen, kanterne vil spille rollen som et "gulv", og reaktionen af dette "gulv" påført kroppene vil skabe kunst. "tyngde".
Vægtløshed - mere præcist, mikrotyngdekraft - er en speciel tilstand uden for Jordens (eller enhver anden) tyngdekraft, når den praktisk talt ikke mærkes, og astronautens krop er i en tilstand af kontinuerligt frit fald. Vægtløshed kan for eksempel opleves i en fritfaldende elevator eller fly (sådanne akrobatfly bruges til træning i kunstig vægtløshed) eller i kredsløb om jorden på den internationale rumstation. Længerevarende eksponering for vægtløshed er skadelig for astronauternes fysiske tilstand, så forskere studerer, hvordan man kan reducere hastigheden af muskel- og knogletab i mikrotyngdekraften for at beskytte fremtidige rejsende til Mars og videre. Bogstaveligt talt seks måneder brugt i kredsløb forårsager irreversible ændringer i menneskekroppen.
Længerevarende ophold i forhold med vægtløshed fører til helbredsproblemer - dette er en kendsgerning. For eksempel ved folk allerede, at astronauter vil opleve en lang række medicinske problemer under deres flyvning, herunder muskelatrofi, calciummangel, dårlig hjerte-lungefunktion, synsnedsættelse og endda svækket immunitet. Forskere fra Michigans Henry Ford Hospital har tilføjet endnu et problem til denne liste - det er blevet bevist, at vægtløshed ødelægger led, der ikke restituerer, selv efter at de vender tilbage til Jorden.
Vægt som den kraft, hvormed ethvert legeme virker på en overflade, støtte eller ophæng. Vægt opstår på grund af Jordens gravitationelle tiltrækning. Numerisk er vægten lig med tyngdekraften, men sidstnævnte påføres kroppens massecenter, mens vægten påføres støtten.
Vægtløshed - nul vægt, kan forekomme, hvis der ikke er nogen tyngdekraft, det vil sige, at kroppen er tilstrækkeligt væk fra massive genstande, der kan tiltrække det.
Den Internationale Rumstation ligger 350 km fra Jorden. På denne afstand er tyngdeaccelerationen (g) 8,8 m/s2, hvilket kun er 10 % mindre end på planetens overflade.
Dette ses sjældent i praksis – gravitationspåvirkning eksisterer altid. Astronauter på ISS er stadig påvirket af Jorden, men der er vægtløshed der.
Et andet tilfælde af vægtløshed opstår, når tyngdekraften kompenseres af andre kræfter. For eksempel er ISS underlagt tyngdekraften, lidt reduceret på grund af afstanden, men stationen bevæger sig også i en cirkulær bane med flugthastighed, og centrifugalkraften kompenserer for tyngdekraften.
Vægtløshed på jorden
Fænomenet vægtløshed er også muligt på Jorden. Under påvirkning af acceleration kan kropsvægten falde og endda blive negativ. Det klassiske eksempel givet af fysikere er en faldende elevator.
Hvis elevatoren bevæger sig nedad med acceleration, vil trykket på elevatorgulvet, og dermed vægten, falde. Desuden, hvis accelerationen er lig med tyngdeaccelerationen, det vil sige elevatoren falder, vil kroppens vægt blive nul.
Negativ vægt observeres, hvis accelerationen af elevatorbevægelsen overstiger tyngdeaccelerationen - kroppene inde vil "klistre" til loftet i kabinen.
Denne effekt er meget brugt til at simulere vægtløshed i astronauttræning. Flyet, der er udstyret med et træningskammer, hæver sig til en betydelig højde. Hvorefter den dykker ned ad en ballistisk bane, faktisk jævner maskinen ud ved jordens overflade. Når du dykker fra 11 tusinde meter, kan du få 40 sekunders vægtløshed, som bruges til træning.
Der er en misforståelse, at sådanne mennesker udfører komplekse figurer, som "Nesterov-løkken", for at opnå vægtløshed. Faktisk bruges modificerede produktionspassagerfly, som ikke er i stand til komplekse manøvrer, til træning.
Fysisk udtryk
Den fysiske formel for vægt (P) under accelereret bevægelse af en støtte, hvad enten det er en faldende overdel eller et dykkerfly, er som følger:
hvor m er kropsmasse,
g – acceleration af frit fald,
a er accelerationen af støtten.
Når g og a er ens, P=0, dvs. vægtløshed opnås.
Hvad er vægtløshed? Flydende kopper, evnen til at flyve og gå på loftet og nemt flytte selv de mest massive genstande - sådan er den romantiske idé med dette fysiske koncept.
Hvis du spørger en astronaut, hvad vægtløshed er, vil han fortælle dig, hvor svært det er i løbet af den første uge om bord på stationen, og hvor lang tid det tager at komme sig efter at have vendt tilbage og vænnet sig til tyngdekraftens forhold. En fysiker vil højst sandsynligt udelade sådanne nuancer og afsløre konceptet med matematisk præcision ved hjælp af formler og tal.
Definition
Lad os begynde vores bekendtskab med fænomenet ved at afsløre problemets videnskabelige essens. Fysikere definerer vægtløshed som en tilstand af en krop, når dens bevægelse eller ydre kræfter, der virker på den, ikke fører til gensidigt tryk af partikler på hinanden. Sidstnævnte opstår altid på vores planet, når et objekt bevæger sig eller er i hvile: det presses af tyngdekraften og den modsat rettede reaktion af overfladen, hvorpå objektet er placeret.
En undtagelse fra denne regel er tilfælde af fald med den hastighed, som tyngdekraften giver kroppen. I en sådan proces er der ikke noget tryk af partikler på hinanden, vægtløshed opstår. Fysikken siger, at den tilstand, der opstår i rumskibe og nogle gange i flyvemaskiner, er baseret på samme princip. Vægtløshed opstår i disse enheder, når de bevæger sig med konstant hastighed i enhver retning og er i en tilstand af frit fald. En kunstig satellit eller leveret i kredsløb ved hjælp af en løfteraket. Det giver dem en vis hastighed, som opretholdes, efter at enheden slukker sine egne motorer. I dette tilfælde begynder skibet kun at bevæge sig under påvirkning af tyngdekraften, og der opstår vægtløshed.
Hjemme
Konsekvenserne af flyvninger for astronauter stopper ikke der. Efter at være vendt tilbage til Jorden, skal de tilpasse sig tyngdekraften i nogen tid. Hvad er vægtløshed for en astronaut, der har fuldført sin flyvning? Først og fremmest er det en vane. Bevidsthed nægter i en periode stadig at acceptere kendsgerningen om tilstedeværelsen af tyngdekraften. Som et resultat er der ofte tilfælde, hvor en astronaut, i stedet for at sætte en kop på bordet, simpelthen lod den gå og indså fejlen først efter at have hørt lyden af tallerkener, der knækkede på gulvet.
Ernæring
En af de vanskelige og samtidig interessante opgaver for arrangørerne af bemandede flyvninger er at give astronauter mad, der er let fordøjelig af kroppen under indflydelse af vægtløshed i en bekvem form. De første forsøg vakte ikke den store begejstring blandt besætningsmedlemmerne. Et vejledende tilfælde i den forbindelse er, da den amerikanske astronaut John Young mod strenge forbud medbragte en sandwich ombord, som de dog ikke spiste, for ikke at overtræde reglerne endnu mere.
I dag er der ingen problemer med mangfoldighed. Listen over retter, der er tilgængelige for russiske kosmonauter, omfatter 250 genstande. Nogle gange vil et fragtskib, der afgår til stationen, levere et frisk måltid bestilt af en af besætningen.
Grundlaget for kosten er Alle flydende retter, drikkevarer og puréer er pakket i aluminiumsrør. Emballagen og emballeringen af produkter er designet på en sådan måde, at man undgår udseendet af krummer, der flyder i vægtløshed og kan komme ind i nogens øje. Småkager laves for eksempel ganske små og dækkes med en skal, der smelter i munden.
Kendte omgivelser
På stationer som ISS forsøger de at bringe alle forhold til dem, der er kendt på Jorden. Disse omfatter nationale retter på menuen, luftbevægelse, der er nødvendig både for kroppens funktion og for normal drift af udstyret, og endda betegnelsen af gulvet og loftet. Sidstnævnte har snarere psykologisk betydning. En astronaut i nul tyngdekraft er ligeglad i hvilken stilling han skal arbejde, men tildelingen af et betinget gulv og loft reducerer risikoen for tab af orientering og fremmer hurtigere tilpasning.
Vægtløshed er en af grundene til, at ikke alle bliver accepteret som astronaut. Tilpasning ved ankomst til stationen og efter hjemkomst til Jorden kan sammenlignes med akklimatisering, forbedret flere gange. En person med dårligt helbred er muligvis ikke i stand til at modstå en sådan belastning.