ความไร้น้ำหนักบนโลกและในอวกาศ การนำเสนอในหัวข้อ “ฟิสิกส์ความไร้น้ำหนัก” การไร้น้ำหนักสามารถรับรู้อารมณ์ดังกล่าวได้

ไร้น้ำหนัก

นักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติ

การจุดเทียนบนโลก (ซ้าย) และในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ (ขวา)

ไร้น้ำหนัก- สภาวะที่แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับสิ่งรองรับ (น้ำหนักตัว) ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง การกระทำของมวลอื่น ๆ โดยเฉพาะแรงเฉื่อยที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของร่างกาย ไม่มา. บางครั้งคุณอาจได้ยินชื่ออื่นสำหรับเอฟเฟกต์นี้ - แรงโน้มถ่วงต่ำ- ชื่อนี้ไม่ถูกต้องสำหรับเที่ยวบินใกล้โลก แรงโน้มถ่วง (แรงดึงดูด) ยังคงเหมือนเดิม แต่เมื่อบินในระยะทางไกลจากเทห์ฟากฟ้า เมื่ออิทธิพลแรงโน้มถ่วงของพวกมันไม่มีนัยสำคัญ แรงโน้มถ่วงขนาดเล็กก็เกิดขึ้นจริง

เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของความไร้น้ำหนัก คุณสามารถพิจารณาเครื่องบินที่บินไปตามวิถีขีปนาวุธ วิธีการดังกล่าวใช้ในการฝึกนักบินอวกาศในรัสเซียและสหรัฐอเมริกา ในห้องนักบิน ตุ้มน้ำหนักจะถูกแขวนไว้จากเชือก ซึ่งมักจะดึงเชือกลง (หากเครื่องบินอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง) เมื่อด้ายที่ลูกบอลแขวนอยู่ไม่ได้รับแรงตึง จะเกิดสภาวะไร้น้ำหนัก ดังนั้นนักบินจึงต้องควบคุมเครื่องบินเพื่อให้ลูกบอลลอยอยู่ในอากาศและเชือกไม่ตึง เพื่อให้บรรลุผลนี้ เครื่องบินจะต้องมีความเร่งลดลงคงที่ g กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักบินสร้างแรง g เป็นศูนย์ การโอเวอร์โหลดดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้เป็นเวลานาน (สูงสุด 40 วินาที) โดยการแสดงผาดโผนแบบพิเศษ (ซึ่งไม่มีชื่ออื่นนอกจาก "ความล้มเหลวในอากาศ") นักบินลดระดับความสูงลงอย่างรวดเร็วที่ระดับความสูงมาตรฐานของการบิน 11,000 เมตร ซึ่งให้เวลา 40 วินาทีของ "สภาวะไร้น้ำหนัก" ภายในลำตัวมีห้องที่นักบินอวกาศในอนาคตจะฝึก มีการเคลือบแบบอ่อนพิเศษบนผนังเพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บเมื่อปีนเขาและตกจากที่สูง บุคคลหนึ่งจะรู้สึกคล้ายกับไร้น้ำหนักเมื่อบินบนเที่ยวบินของการบินพลเรือนเมื่อลงจอด อย่างไรก็ตาม เพื่อความปลอดภัยในการบินและภาระหนักบนโครงสร้างเครื่องบิน การบินพลเรือนจึงลดระดับความสูงลงโดยการหมุนวนเป็นเกลียวยาวหลายครั้ง (จากระดับความสูงในการบิน 11 กม. ไปจนถึงระดับความสูงในการเข้าใกล้ประมาณ 1-2 กม.) เหล่านั้น. การสืบเชื้อสายจะดำเนินการในหลายรอบในระหว่างที่ผู้โดยสารรู้สึกสักครู่ว่าเขาถูกยกขึ้นจากเก้าอี้ (ความรู้สึกเดียวกันนี้คุ้นเคยกับผู้ขับขี่รถยนต์ที่คุ้นเคยกับเส้นทางที่แล่นผ่านเนินสูงชันเมื่อรถเริ่มไถลลงมาจากด้านบน) โดยอ้างว่าเครื่องบินจะทำการซ้อมรบแบบผาดโผนเช่น "วง Nesterov" เพื่อสร้างสภาวะไร้น้ำหนักในระยะสั้น ไม่มีอะไรมากไปกว่าตำนาน การฝึกอบรมจะดำเนินการในยานพาหนะสำหรับผู้โดยสารหรือสินค้าประเภทบรรทุกสินค้าที่ได้รับการดัดแปลงเล็กน้อย ซึ่งการซ้อมรบแบบผาดโผนและโหมดการบินที่คล้ายกันนั้นมีความสำคัญยิ่งยวดและอาจนำไปสู่การทำลายยานพาหนะในอากาศหรือความล้มเหลวของโครงสร้างรองรับอย่างรวดเร็วเมื่อยล้า

ลักษณะเฉพาะของกิจกรรมของมนุษย์และการทำงานของอุปกรณ์ในสภาวะไร้น้ำหนัก

ในสภาวะไร้น้ำหนักบนยานอวกาศ กระบวนการทางกายภาพหลายอย่าง (การพาความร้อน การเผาไหม้ ฯลฯ) มีการดำเนินการแตกต่างไปจากบนโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการไม่มีแรงโน้มถ่วง จำเป็นต้องมีการออกแบบระบบพิเศษ เช่น ฝักบัว ห้องส้วม ระบบอุ่นอาหาร การระบายอากาศ เป็นต้น เพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของโซนนิ่งที่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สามารถสะสมได้ และเพื่อให้แน่ใจว่าอากาศอุ่นและเย็นผสมกันอย่างสม่ำเสมอ ISS จึงได้ติดตั้งพัดลมจำนวนมาก การกินและดื่ม สุขอนามัยส่วนบุคคล การใช้อุปกรณ์ และกิจกรรมทั่วไปในชีวิตประจำวันก็มีลักษณะเฉพาะของตัวเองเช่นกัน และกำหนดให้นักบินอวกาศต้องพัฒนานิสัยและทักษะที่จำเป็น

ผลกระทบของการไร้น้ำหนักนั้นถูกนำมาพิจารณาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในการออกแบบเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่ออกแบบมาเพื่อเปิดตัวในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงเหลวในถังมีพฤติกรรมเหมือนกับของเหลวทุกประการ (ก่อตัวเป็นทรงกลมของเหลว) ด้วยเหตุนี้ การจ่ายส่วนประกอบของเหลวจากถังไปยังท่อน้ำมันเชื้อเพลิงจึงอาจเป็นไปไม่ได้ เพื่อชดเชยผลกระทบนี้ จึงมีการใช้การออกแบบถังแบบพิเศษ (พร้อมตัวแยกก๊าซและของเหลว) รวมถึงขั้นตอนการตกตะกอนเชื้อเพลิงก่อนสตาร์ทเครื่องยนต์ ขั้นตอนนี้ประกอบด้วยการเปิดเครื่องยนต์เสริมของเรือเพื่อเร่งความเร็ว ความเร่งเล็กน้อยที่เกิดขึ้นจะสะสมเชื้อเพลิงเหลวไว้ที่ด้านล่างของถัง ซึ่งเป็นจุดที่ระบบจ่ายเชื้อเพลิงส่งเชื้อเพลิงเข้าสู่ท่อ

ผลกระทบของภาวะไร้น้ำหนักต่อร่างกายมนุษย์

เมื่อเปลี่ยนจากสภาพแรงโน้มถ่วงของโลกไปสู่สภาวะไร้น้ำหนัก (โดยหลักแล้วเมื่อยานอวกาศเข้าสู่วงโคจร) นักบินอวกาศส่วนใหญ่ประสบกับปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่ากลุ่มอาการการปรับตัวในอวกาศ

เมื่อบุคคลอยู่ในอวกาศเป็นเวลานาน (หลายสัปดาห์ขึ้นไป) การขาดแรงโน้มถ่วงจะเริ่มทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในร่างกายซึ่งเป็นผลลบ

ผลลัพธ์แรกและชัดเจนที่สุดของการไร้น้ำหนักคือการฝ่อของกล้ามเนื้ออย่างรวดเร็ว: กล้ามเนื้อถูกปิดจากกิจกรรมของมนุษย์จริง ๆ ส่งผลให้ลักษณะทางกายภาพทั้งหมดของร่างกายลดลง นอกจากนี้ผลที่ตามมาของการลดลงอย่างรวดเร็วในกิจกรรมของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อคือการลดการใช้ออกซิเจนของร่างกายและเนื่องจากฮีโมโกลบินส่วนเกินส่งผลให้กิจกรรมของไขกระดูกที่สังเคราะห์ (ฮีโมโกลบิน) อาจลดลง

ยังมีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าการเคลื่อนไหวที่จำกัดจะขัดขวางการเผาผลาญฟอสฟอรัสในกระดูก ซึ่งจะทำให้ความแข็งแรงลดลง

น้ำหนักและแรงโน้มถ่วง

บ่อยครั้งที่การหายไปของน้ำหนักจะสับสนกับการหายไปของแรงดึงดูดโน้มถ่วง นี่เป็นสิ่งที่ผิด ตัวอย่างคือสถานการณ์บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ที่ระดับความสูง 350 กิโลเมตร (ความสูงของสถานี) ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงอยู่ที่ 8.8/² ซึ่งน้อยกว่าบนพื้นผิวโลกเพียง 10% เท่านั้น ภาวะไร้น้ำหนักบน ISS ไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจาก "ขาดแรงโน้มถ่วง" แต่เกิดจากการเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมที่ความเร็วหลบหนีครั้งแรกนั่นคือนักบินอวกาศดูเหมือนจะ "ตกไปข้างหน้า" อย่างต่อเนื่องด้วยความเร็ว 7.9 กม./วินาที

แรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์บนโลก

บนโลกเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดลอง สภาวะไร้น้ำหนักในระยะสั้น (สูงสุด 40 วินาที) จะถูกสร้างขึ้นเมื่อเครื่องบินบินไปตามระนาบพาราโบลา (และในความเป็นจริงแล้ว ballistic นั่นคือสถานะที่เครื่องบินจะบินไปใต้ อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว วิถีนี้เป็นพาราโบลาก็ต่อเมื่อมีความเร็วต่ำ สำหรับดาวเทียมจะเป็นวงรี วงกลม หรือไฮเปอร์โบลา) สภาวะไร้น้ำหนักสามารถสัมผัสได้ในช่วงเริ่มต้นของการตกอย่างอิสระของร่างกายในชั้นบรรยากาศ เมื่อแรงต้านอากาศยังมีน้อย

ลิงค์

• พจนานุกรมดาราศาสตร์ Sanko N.F.
• วิดีโอพาราโบลาแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์จากสตูดิโอโทรทัศน์ Roscosmos

หมายเหตุ

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

คำพ้องความหมาย:

ดูว่า "ความไร้น้ำหนัก" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:

ไร้น้ำหนัก... หนังสืออ้างอิงพจนานุกรมการสะกดคำ

ความเบา, ไม่มีตัวตน, ความอ่อนแอ, ความไร้น้ำหนัก, ความไม่มีนัยสำคัญ, ความโปร่งสบาย พจนานุกรมคำพ้องความหมายภาษารัสเซีย ความไร้น้ำหนักดูความสว่าง 1 พจนานุกรมคำพ้องความหมายของภาษารัสเซีย คู่มือการปฏิบัติ อ.: ภาษารัสเซีย. ซี.อี. อเล็กซานโดรวา ... พจนานุกรมคำพ้อง

สภาวะที่แรงภายนอกที่กระทำต่อวัตถุไม่ก่อให้เกิดแรงกดดันซึ่งกันและกันจากอนุภาคที่กระทำต่อกัน ในสนามโน้มถ่วงของโลก ร่างกายมนุษย์รับรู้ถึงความกดดันเช่นความรู้สึกของน้ำหนัก ภาวะไร้น้ำหนักเกิดขึ้นเมื่อ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

สารานุกรมสมัยใหม่

ภาวะไร้น้ำหนัก คือภาวะที่วัตถุประสบโดยที่ผลของน้ำหนักไม่ได้แสดงออกมาให้เห็น อาการไร้น้ำหนักสามารถเกิดขึ้นได้ในอวกาศหรือระหว่างการตกอย่างอิสระ แม้ว่าจะมีแรงดึงดูดจากวัตถุที่ "มีน้ำหนัก" ก็ตาม นักบินอวกาศ...... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

สถานะของวัตถุที่เคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วง ซึ่งแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุหรือการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้นไม่ทำให้เกิดแรงกดดันต่อวัตถุซึ่งกันและกัน หากวัตถุหยุดนิ่งอยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกบนระนาบแนวนอน... ... สารานุกรมกายภาพ

ไร้น้ำหนัก- สภาวะไร้น้ำหนัก ซึ่งเป็นสภาวะที่แรงภายนอกที่กระทำต่อร่างกายไม่ก่อให้เกิดแรงกดดันต่อกันของอนุภาคที่กระทำต่อกัน ภาวะไร้น้ำหนักเกิดขึ้นเมื่อร่างกายเคลื่อนไหวอย่างอิสระในสนามโน้มถ่วง (เช่น ขณะตกในแนวดิ่ง เคลื่อนที่ไปตาม... ... พจนานุกรมสารานุกรมภาพประกอบ

ไร้น้ำหนัก- สภาวะที่มีวัตถุเคลื่อนที่อย่างอิสระในสนามโน้มถ่วงของโลก (หรือวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ) ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น จะแยกแยะ. ลักษณะเฉพาะของสถานะ H. คือในระหว่าง H. แรงภายนอกที่กระทำต่ออนุภาคของร่างกาย แรง (แรงโน้มถ่วง) ไม่ก่อให้เกิดแรงกดดันต่ออนุภาคของร่างกายซึ่งกันและกัน

เมื่อวัตถุหยุดนิ่งอยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกบนระนาบแนวนอน วัตถุนั้นจะถูกกระทำด้วยแรงที่เท่ากันในเชิงตัวเลขแต่มีทิศทางตรงกันข้าม นั่นคือปฏิกิริยาของระนาบ ส่งผลให้ของเหลวภายในร่างกายเกิดขึ้น กองกำลังในรูปแบบของแรงกดดันซึ่งกันและกันของอนุภาคของร่างกายที่มีต่อกัน ร่างกายมนุษย์รับรู้ภายในดังกล่าว ความพยายามเป็นสภาวะน้ำหนักที่เขาคุ้นเคย สิ่งภายในเหล่านี้ปรากฏ แรงที่เกิดจากปฏิกิริยาของเครื่องบิน ปฏิกิริยาคือแรงพื้นผิว ซึ่งก็คือแรงที่กระทำโดยตรงต่อพื้นผิวบางส่วนของร่างกาย การกระทำของแรงนี้จะถูกส่งไปยังอนุภาคอื่น ๆ ของร่างกายโดยความดันของอนุภาคข้างเคียงที่กระทบกับอนุภาคเหล่านั้น ซึ่งทำให้เกิดแรงภายในที่สอดคล้องกันในร่างกาย ความพยายาม. ภายในคล้ายกัน แรงเกิดขึ้นเมื่อแรงพื้นผิวอื่นๆ กระทำต่อร่างกาย เช่น แรงฉุด แรงต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม ฯลฯ หากแรงพื้นผิวเป็นตัวเลขมากกว่าแรงโน้มถ่วง แรงภายในก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นตามลำดับ ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์โอเวอร์โหลดและเกิดขึ้น เช่น ขณะปล่อยจรวด

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงมวลและต่างจากแรงพื้นผิวตรงที่กระทำต่อแต่ละอนุภาคของร่างกายโดยตรง ดังนั้น เมื่อแรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่กระทำต่อร่างกาย อนุภาคเหล่านี้จะให้ความเร่งเท่ากันแก่แต่ละอนุภาคของร่างกายโดยตรง และอนุภาคเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างอิสระ โดยไม่ต้องออกแรงกดดันซึ่งกันและกัน ร่างกายอยู่ในสถานะ H.

โดยทั่วไปสถานะของ H. เกิดขึ้นเมื่อ: ก) แรงภายนอกที่กระทำต่อร่างกาย กองกำลังเป็นเพียงมวล (แรงโน้มถ่วง) b) สนามของกองกำลังมวลเหล่านี้เป็นเนื้อเดียวกันเฉพาะที่ นั่นคือ แรงสนามส่งไปยังอนุภาคทั้งหมดของร่างกายในแต่ละตำแหน่ง ความเร่งที่มีขนาดและทิศทางเท่ากัน ซึ่งเมื่อเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วงของโลก ในทางปฏิบัติจะเกิดขึ้นได้หากขนาดของร่างกายมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับรัศมีของโลก แรกเริ่ม. ความเร็วของอนุภาคทั้งหมดในร่างกายมีขนาดและทิศทางเท่ากัน (ร่างกายเคลื่อนที่แบบแปล)

ตัวอย่างเช่นพื้นที่ บิน. อุปกรณ์ (หรือดาวเทียม) และวัตถุทั้งหมดที่อยู่ในนั้นโดยได้รับการเริ่มต้นที่เหมาะสม ความเร็วเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงไปตามวงโคจรของมันด้วยความเร่งที่เกือบจะเท่ากันเช่นเดียวกับความเร่งอิสระและทั้งตัวมันเองและอนุภาคของพวกมันจะไม่สร้างแรงกดดันซึ่งกันและกันนั่นคือพวกมันอยู่ในสถานะ H ในเวลาเดียวกันญาติ ไปที่ห้องโดยสาร พวกมันบิน อุปกรณ์ร่างกายที่อยู่ในนั้นสามารถพักผ่อนได้ทุกที่ ("แขวน" ในอวกาศได้อย่างอิสระ) แม้ว่าแรงโน้มถ่วงภายใต้ N. จะกระทำกับอนุภาคทั้งหมดของร่างกาย แต่ก็ไม่มีแรงภายนอก แรงพื้นผิวซึ่งอาจก่อให้เกิดแรงกดดันซึ่งกันและกันของอนุภาคที่มีต่อกัน โปรดทราบว่าภายใน ความพยายามในลักษณะที่แตกต่างออกไป ไม่ได้เกิดจากแรงภายนอก อิทธิพล เป็นต้น แรงโมเลกุล อุณหภูมิ และแรงของกล้ามเนื้อในร่างกายมนุษย์ก็สามารถเกิดขึ้นได้ใน H.

H. สามารถมีอิทธิพลต่อทางกายภาพจำนวนหนึ่งได้อย่างมีนัยสำคัญ ปรากฏการณ์ ตัวอย่างเช่น ในของเหลวที่เทลงในภาชนะ แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลซึ่งมีขนาดเล็กภายใต้สภาวะ "ภาคพื้นดิน" เมื่อเปรียบเทียบกับแรงกดที่เกิดจากน้ำหนัก จะส่งผลต่อรูปร่างของวงเดือนเท่านั้น ด้วย H. การกระทำของแรงเหล่านี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าของเหลวเปียกที่วางอยู่ในภาชนะปิดนั้นถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วผนังของภาชนะ และ (ถ้ามี) อากาศจะครอบครองส่วนตรงกลางของภาชนะ ในขณะที่ ของเหลวที่ไม่ทำให้เปียกจะมีรูปร่างเป็นลูกบอลในภาชนะ หยดของเหลวที่เทออกจากภาชนะจะถูกดึงเป็นลูกบอลเช่นกัน

ส่งผลให้มันหมายถึง. ความแตกต่างระหว่างเงื่อนไข H. และเงื่อนไข "ภาคพื้นดิน" ซึ่งมีการสร้างและแก้ไขเครื่องมือและส่วนประกอบของดาวเทียมและดาวเทียมอวกาศ บิน.

ยานอวกาศและยานปล่อยปัญหาของ H. ครองตำแหน่งสำคัญเหนือปัญหาอื่น ๆ ของอวกาศ ดังนั้นในสภาวะของ H. เครื่องมือและอุปกรณ์ที่ใช้ทางกายภาพจึงไม่เหมาะสม ลูกตุ้มหรือการจัดหาของเหลวอย่างอิสระ ฯลฯ เมื่อคำนึงถึง H. มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบที่มีภาชนะบรรจุที่เต็มไปด้วยของเหลวบางส่วนซึ่ง เช่น เกิดขึ้นในเครื่องยนต์ การติดตั้งด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นเหลว ออกแบบมาเพื่อการเปิดใช้งานซ้ำในอวกาศ เที่ยวบิน. นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีอื่นๆ อีกมากมายที่กำลังเกิดขึ้น ปัญหา.

เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องคำนึงถึงเงื่อนไขเฉพาะของ H. ในระหว่างการบินของยานอวกาศที่เอื้ออาศัยได้ เรือเพราะสภาพความเป็นอยู่ของบุคคลภายใต้ H. แตกต่างอย่างมากจากสภาพ "ทางโลก" ปกติซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในชีวิตจำนวนหนึ่งของเขา อย่างไรก็ตามเบื้องต้น การฝึกอบรมและมาตรการป้องกันช่วยให้บุคคลสามารถอยู่และทำงานได้สำเร็จใน H.

ก็ถือว่ายังถือว่ามาเป็นเวลานานมากแล้ว การบินบนวงโคจร (ใกล้โลก) หรือสถานีระหว่างดาวเคราะห์สามารถสร้างงานศิลปะได้ "แรงโน้มถ่วง" เช่น การระบุตำแหน่งพื้นที่ทำงานในห้องโดยสารที่หมุนรอบศูนย์กลาง บางส่วนของสถานี ตัวถังในห้องโดยสารเหล่านี้จะถูกกดทับกับพื้นผิวด้านข้างของห้องโดยสาร ขอบจะทำหน้าที่เป็น "พื้น" และปฏิกิริยาของ "พื้น" นี้ที่นำไปใช้กับตัวถังจะทำให้เกิดงานศิลปะ "ความหนักเบา"

การอยู่ในสภาพไร้น้ำหนักเป็นเวลานานนำไปสู่ปัญหาสุขภาพ - นี่คือข้อเท็จจริง ตัวอย่างเช่น ผู้คนรู้อยู่แล้วว่านักบินอวกาศจะประสบปัญหาทางการแพทย์มากมายในระหว่างการบิน รวมถึงกล้ามเนื้อลีบ การขาดแคลเซียม การทำงานของหัวใจและปอดไม่ดี การมองเห็นบกพร่อง และแม้กระทั่งภูมิคุ้มกันอ่อนแอลง นักวิจัยจากโรงพยาบาลเฮนรี ฟอร์ดในรัฐมิชิแกนได้เพิ่มปัญหาอีกประการหนึ่งในรายการนี้ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าภาวะไร้น้ำหนักทำลายข้อต่อที่ไม่สามารถฟื้นตัวได้แม้ว่าจะกลับมายังโลกแล้วก็ตาม

น้ำหนักคือแรงที่วัตถุกระทำต่อพื้นผิว ส่วนรองรับ หรือช่วงล่าง น้ำหนักเกิดขึ้นเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก ในเชิงตัวเลข น้ำหนักจะเท่ากับแรงโน้มถ่วง แต่น้ำหนักจะนำไปใช้กับจุดศูนย์กลางมวลของร่างกาย ในขณะที่น้ำหนักจะนำไปใช้กับส่วนรองรับ

ความไร้น้ำหนัก - น้ำหนักเป็นศูนย์สามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีแรงโน้มถ่วงนั่นคือร่างกายอยู่ห่างจากวัตถุขนาดใหญ่ที่สามารถดึงดูดมันได้อย่างเพียงพอ

สถานีอวกาศนานาชาติอยู่ห่างจากโลก 350 กม. ที่ระยะนี้ ความเร่งของแรงโน้มถ่วง (g) คือ 8.8 m/s2 ซึ่งน้อยกว่าบนพื้นผิวโลกเพียง 10%

สิ่งนี้ไม่ค่อยพบเห็นในทางปฏิบัติ - อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงยังคงมีอยู่เสมอ นักบินอวกาศบน ISS ยังคงได้รับผลกระทบจากโลก แต่ไม่มีน้ำหนักอยู่ที่นั่น

อีกกรณีหนึ่งของภาวะไร้น้ำหนักเกิดขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงถูกชดเชยด้วยแรงอื่นๆ ตัวอย่างเช่น สถานีอวกาศนานาชาติอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วง ซึ่งลดลงเล็กน้อยเนื่องจากระยะทาง แต่สถานียังเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมด้วยความเร็วหลบหนีและแรงเหวี่ยงจะชดเชยแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์บนโลก

ปรากฏการณ์ไร้น้ำหนักก็เกิดขึ้นได้บนโลกเช่นกัน ภายใต้อิทธิพลของการเร่งความเร็ว น้ำหนักตัวสามารถลดลงและอาจกลายเป็นลบได้ ตัวอย่างคลาสสิกที่นักฟิสิกส์ให้ไว้คือลิฟต์ที่ตกลงมา

หากลิฟต์เคลื่อนลงด้วยความเร่ง แรงกดบนพื้นลิฟต์และน้ำหนักก็จะลดลง ยิ่งไปกว่านั้น หากความเร่งเท่ากับความเร่งของแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ ลิฟต์ตกลง น้ำหนักของวัตถุจะกลายเป็นศูนย์

จะสังเกตน้ำหนักเชิงลบหากความเร่งของการเคลื่อนที่ของลิฟต์เกินความเร่งของแรงโน้มถ่วง - วัตถุภายในจะ "เกาะติด" กับเพดานของห้องโดยสาร

เอฟเฟกต์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจำลองภาวะไร้น้ำหนักในการฝึกนักบินอวกาศ เครื่องบินซึ่งติดตั้งห้องฝึกซ้อมนั้นสูงขึ้นอย่างมาก หลังจากนั้นมันจะดำดิ่งลงไปตามวิถีขีปนาวุธ ที่จริงแล้ว เครื่องจักรจะลดระดับลงที่พื้นผิวโลก เมื่อดำน้ำจากระยะ 11,000 เมตร คุณสามารถรับสภาวะไร้น้ำหนักได้ 40 วินาทีซึ่งใช้สำหรับการฝึก

มีความเข้าใจผิดว่าคนเหล่านี้แสดงตัวเลขที่ซับซ้อนเช่น "วง Nesterov" เพื่อให้บรรลุภาวะไร้น้ำหนัก ในความเป็นจริง เครื่องบินโดยสารที่ได้รับการดัดแปลงซึ่งไม่สามารถซ้อมรบที่ซับซ้อนได้ถูกนำมาใช้ในการฝึกอบรม

การแสดงออกทางกายภาพ

สูตรทางกายภาพสำหรับน้ำหนัก (P) ในระหว่างการเคลื่อนที่แบบเร่งความเร็วของส่วนรองรับ ไม่ว่าจะเป็นเสื้อท่อนบนที่ตกลงมาหรือเครื่องบินดำน้ำมีดังนี้:

โดยที่ m คือมวลกาย
g – ความเร่งในการตกอย่างอิสระ
a คือความเร่งของแนวรับ

เมื่อ g และ a เท่ากัน P=0 กล่าวคือ บรรลุภาวะไร้น้ำหนัก

ภาวะไร้น้ำหนักคืออะไร? ถ้วยลอยน้ำ ความสามารถในการบินและเดินบนเพดาน และเคลื่อนย้ายแม้แต่วัตถุที่มีขนาดใหญ่ที่สุดได้อย่างง่ายดาย - นั่นคือแนวคิดที่โรแมนติกของแนวคิดทางกายภาพนี้

หากคุณถามนักบินอวกาศว่าภาวะไร้น้ำหนักคืออะไร เขาจะบอกคุณว่ามันยากแค่ไหนในช่วงสัปดาห์แรกบนสถานี และใช้เวลานานแค่ไหนในการฟื้นตัวหลังจากกลับมา โดยคุ้นเคยกับสภาวะของแรงโน้มถ่วง นักฟิสิกส์มักจะละเว้นความแตกต่างดังกล่าวและเปิดเผยแนวคิดด้วยความแม่นยำทางคณิตศาสตร์โดยใช้สูตรและตัวเลข

คำนิยาม

เรามาเริ่มทำความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์นี้โดยเปิดเผยสาระสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของปัญหานี้ นักฟิสิกส์ให้นิยามภาวะไร้น้ำหนักว่าเป็นสภาวะของร่างกายเมื่อการเคลื่อนไหวหรือแรงภายนอกที่กระทำต่อวัตถุนั้นไม่ทำให้เกิดแรงกดดันต่อกันของอนุภาคที่มีต่อกัน อย่างหลังมักเกิดขึ้นบนโลกของเราเสมอเมื่อวัตถุใดๆ เคลื่อนที่หรืออยู่นิ่ง: มันถูกกดด้วยแรงโน้มถ่วงและปฏิกิริยาที่ตรงกันข้ามกับพื้นผิวที่วัตถุนั้นตั้งอยู่

ข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้คือกรณีของการล้มด้วยความเร็วที่แรงโน้มถ่วงส่งให้กับร่างกาย ในกระบวนการดังกล่าว ไม่มีแรงกดดันจากอนุภาคต่อกันและกัน สภาวะไร้น้ำหนักจะปรากฏขึ้น ฟิสิกส์บอกว่าสภาวะที่เกิดขึ้นในยานอวกาศและบางครั้งบนเครื่องบินนั้นมีพื้นฐานมาจากหลักการเดียวกัน ความไร้น้ำหนักจะปรากฏในอุปกรณ์เหล่านี้เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในทุกทิศทางและอยู่ในสภาวะตกอย่างอิสระ ดาวเทียมประดิษฐ์หรือส่งขึ้นสู่วงโคจรโดยใช้ยานปล่อย มันให้ความเร็วที่แน่นอนซึ่งจะถูกรักษาไว้หลังจากที่อุปกรณ์ดับเครื่องยนต์ของตัวเอง ในกรณีนี้เรือเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและความไร้น้ำหนักเท่านั้น

ที่บ้าน

ผลที่ตามมาของการบินสำหรับนักบินอวกาศไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น หลังจากกลับมายังโลกแล้ว พวกเขาจะต้องปรับตัวให้เข้ากับแรงโน้มถ่วงสักระยะหนึ่ง อะไรคือภาวะไร้น้ำหนักสำหรับนักบินอวกาศที่เสร็จสิ้นการบินแล้ว? ก่อนอื่นมันเป็นนิสัย สติบางช่วงยังคงปฏิเสธที่จะยอมรับความจริงของการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วง เป็นผลให้มีหลายครั้งที่นักบินอวกาศแทนที่จะวางถ้วยบนโต๊ะเพียงปล่อยมันไปและตระหนักถึงข้อผิดพลาดหลังจากได้ยินเสียงจานแตกบนพื้นเท่านั้น

โภชนาการ

งานที่น่าสนใจอย่างหนึ่งที่ยากและในเวลาเดียวกันสำหรับผู้จัดงานเที่ยวบินที่มีคนขับคือการจัดหาอาหารที่ร่างกายย่อยง่ายแก่นักบินอวกาศภายใต้อิทธิพลของความไร้น้ำหนักในรูปแบบที่สะดวก การทดลองครั้งแรกไม่ได้กระตุ้นความกระตือรือร้นในหมู่ลูกเรือมากนัก กรณีที่บ่งชี้ในเรื่องนี้คือเมื่อนักบินอวกาศชาวอเมริกัน John Young นำแซนวิชขึ้นเครื่องซึ่งตรงกันข้ามกับข้อห้ามที่เข้มงวดซึ่งพวกเขาไม่ได้กินเพื่อไม่ให้ละเมิดกฎระเบียบมากยิ่งขึ้น

วันนี้ไม่มีปัญหาเรื่องความหลากหลาย รายการอาหารที่มีให้สำหรับนักบินอวกาศชาวรัสเซียมี 250 รายการ บางครั้งเรือบรรทุกสินค้าที่ออกเดินทางไปยังสถานีจะส่งอาหารสดที่ลูกเรือคนใดคนหนึ่งสั่งไว้

พื้นฐานของการควบคุมอาหารคือ อาหารเหลว เครื่องดื่ม และน้ำซุปข้นทั้งหมดบรรจุในหลอดอลูมิเนียม บรรจุภัณฑ์และกล่องของผลิตภัณฑ์ได้รับการออกแบบเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เศษอาหารที่ลอยอยู่ในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์และอาจเข้าตาผู้อื่นได้ ตัวอย่างเช่น คุกกี้นั้นทำออกมาค่อนข้างเล็กและมีเปลือกที่ละลายในปาก

สภาพแวดล้อมที่คุ้นเคย

ที่สถานีอย่างเช่น ISS พวกเขาพยายามนำเงื่อนไขทั้งหมดมาสู่ผู้ที่คุ้นเคยบนโลก ซึ่งรวมถึงอาหารประจำชาติในเมนูอาหาร การเคลื่อนตัวของอากาศที่จำเป็นทั้งต่อการทำงานของร่างกายและการทำงานปกติของอุปกรณ์ และแม้แต่การกำหนดพื้นและเพดาน อย่างหลังค่อนข้างมีความสำคัญทางจิตวิทยา นักบินอวกาศในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ไม่สนใจว่าจะทำงานในตำแหน่งใด อย่างไรก็ตาม การจัดสรรพื้นและเพดานตามเงื่อนไขจะช่วยลดความเสี่ยงในการสูญเสียการวางแนวและช่วยให้ปรับตัวได้เร็วขึ้น

การไร้น้ำหนักเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ทุกคนไม่ได้รับการยอมรับให้เป็นนักบินอวกาศ การปรับตัวเมื่อมาถึงสถานีและหลังจากกลับมายังโลกเทียบได้กับการปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อม ซึ่งได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นหลายครั้ง ผู้ที่มีสุขภาพไม่ดีอาจไม่สามารถทนต่อภาระดังกล่าวได้