Доклад про невесомость (сообщение по физике)

Невесомость на Земле

Основная статья: Моделирование невесомости

Траектория маневра для достижения невесомости

Астронавты Проекта Меркури на борту C-131 Samaritan, 1959

Питер Диамандис в состоянии невесомости на борту самолёта компании Zero Gravity

На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по баллистической траектории, то есть такой траектории, по которой летел бы самолёт под воздействием одной лишь силы земного притяжения. Эта траектория при небольших скоростях движения получается параболой (так называемой «параболой Кеплера»), из-за чего её иногда ошибочно называют «параболической». В общем случае траектория представляет собой эллипс или гиперболу.

Такие методы применяются для тренировки космонавтов в России и США. В кабине пилота на нитке подвешен шарик, который обычно натягивает нитку вниз (если самолёт покоится, либо движется равномерно и прямолинейно). Отсутствие натяжения нити, на которой висит шарик, свидетельствует о невесомости. Таким образом, пилот должен управлять самолётом так, чтобы шарик висел в воздухе без натяжения нити. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение равное g и направленное вниз. Другими словами, пилоты создают нулевую перегрузку. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа «провал в воздухе». Пилоты резко начинают набор высоты, выходя на «параболическую» траекторию, которая заканчивается таким же резким сбросом высоты. Внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она представляет собой полностью обитую мягким покрытием пассажирскую кабину без кресел, чтобы избежать травм как в моменты невесомости, так и в моменты перегрузок.

Подобное чувство невесомости (частичной) человек испытывает при полётах рейсами гражданской авиации во время посадки. Однако в целях безопасности полёта и из-за большой нагрузки на конструкцию самолёта, любой рейсовый самолёт сбрасывает высоту, совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полёта в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). То есть спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир на несколько секунд ощущает, что его немного отрывает от кресла вверх. Это же чувство испытывают и автомобилисты, знакомые с трассами, проходящими по крутым холмам, когда машина начинает съезжать с верхушки вниз.

Утверждения, что самолёт для создания кратковременной невесомости выполняет фигуры высшего пилотажа типа «петли Нестерова» — не более чем миф. Тренировки выполняются в слегка модифицированных серийных пассажирских или грузовых самолётах, для которых фигуры высшего пилотажа и подобные режимы полёта являются закритическими и могут привести к разрушению машины в воздухе или быстрому усталостному износу несущих конструкций.

Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.

Существует несколько самолётов, способных проводить полёты с достижением состояния невесомости без вылета в космос. Технология используется как для тренировок космическими агентствами, так и для коммерческих полётов частных лиц. Подобные полёты проводят американская авиакомпания Zero Gravity, Роскосмос (на Ил-76 МДК c 1988 года, полёты также доступны для частных лиц), NASA (на Boeing KC-135) , Европейское космическое агентство (на Airbus A-310)
Типичный полёт продолжается около полутора часов. В течение полёта проводятся 10-15 сессий невесомости, для достижения которых самолёт совершает крутое пике. Длительность каждой сессии невесомости около 25 секунд. Более 15000 человек совершили полёты по состоянию на ноябрь 2017 года. Многие известные люди совершили полёты в невесомости на борту самолёта, в их числе: Баз Олдрин, Джон Кармак, Тони Хоук, Ричард Брэнсон. Стивен Хокинг также совершил короткий полёт 26 апреля 2007 года.

Другим способом моделирования невесомости, причём в течение длительного времени, является создание гидроневесомости.

Какова микрогравитация на вкус?

Когда вы впервые окажетесь в состоянии невесомости, вы почувствуете следующее:

— тошнота;

— дезориентация;

— головная боль;

— потеря аппетита;

— запор;

— еще кое-что…

Чем дольше вы будете оставаться в условиях микрогравитации, тем слабее будут ваши мышцы и кости. Эти ощущения будут вызваны различными изменениями в системах вашего организма. Давайте подробно рассмотрим, как тело реагирует на невесомость.

Космическая болезнь

Тошнота и дезориентация, которая на вкус как сосущее чувство в желудке, когда автомобиль «летит» вниз по трассе или вас подхватывает на карусели. Только на борту корабля это чувство будет длиться несколько дней. Это чувство космической болезни, слабость моторики, когда ваш мозг получает противоречивую информацию от вестибулярных органов, расположенных в вашем внутреннем ухе. Ваши глаза видят, куда двигаться вверх и вниз в корабле, но ваша вестибулярная система полагается на силу тяжести, определяя направления, что не работает в невесомости. Поэтому ваши глаза могут говорить мозгу, что вы движетесь сверху вниз, но мозг этого не поймет. Это вызывает дезориентацию и тошноту, что может привести к потере аппетита и рвоте. К счастью, спустя несколько дней мозг адаптируется и начнет реагировать исключительно на визуальные сигналы. Таблетки тоже помогут.

Одутловатое лицо и куриные лапки

В условиях микрогравитации ваше лицо будет одутловатым, а пазухи — перегруженными, что вызовет головную боль и нарушение моторики. На Земле это можно почувствовать, если стоять вверх ногами — кровь приливает к голове.

На Земле гравитация притягивает вашу кровь, в результате чего значительные ее объемы скапливаются в венах ног. Как только вы окажетесь в условиях микрогравитации, кровь сдвинется из ваших ног в грудь и голову. Лицо опухнет, а ноги, наоборот, уменьшатся в размерах.

Когда кровь переходит в грудь, сердце увеличивается в размерах и качает больше крови с каждым ударом. Почки отвечают на этот увеличенный кровоток производством большего количества мочи, будто вы выпили большой стакан воды. Кроме того, увеличение кровотока снижает уровень секреции гипофизом антидиуретического гормона (АДГ), что уменьшает жажду. Вы не будете хотеть пить столько же воды, сколько на Земле. В совокупности эти два фактора помогут вашей груди и голове избавиться от лишней жидкости за несколько дней, а поток жидкости вашего тела нормализуется (для космических условий). По возвращении на Землю, вы будете больше пить и чувствовать усталость, но это пройдет.

Космическая анемия

По мере того, как ваши почки выводят лишнюю жидкость, они также уменьшают секрецию эритропоэтина — гормона, стимулирующего производство красных кровяных тел клетками костного мозга. Снижение производства красных кровяных клеток сопровождается уменьшением объема плазмы, поэтому гематокрит (процент объема крови, занимаемого красными кровяными телами) такой же, как на Земле. По возвращении на Землю, ваш уровень эритропоэтина будет расти, так же как и количество красных кровяных тел.

Слабые мышцы

Когда вы находитесь в условиях микрогравитации, ваше тело принимает позу «зародыша»: вы немного сгибаетесь, ваши руки и ноги также принимают полусогнутое состояние. В таком положении вы не используете многие мышцы, особенно те, которые помогают вам поддерживать осанку (антигравитационные мышцы). По мере пребывания на борту МКС, ваши мышцы меняются. Их масса уменьшается, что приводит к «куриным лапкам». Ваше тело больше не нуждается в мышцах, которые медленно сокращаются, вроде тех, что используются в положении стоя. Нужны быстро сокращающиеся волокна, чтобы быстрее передвигаться по станции. Чем больше вы остаетесь на МКС, тем меньше у вас будет мышечной массы. Потеря мышечной массы ослабляет вас, и это, между прочим, является серьезной проблемой для длительных полетов, особенно после возвращения на Землю.

Остеопсатироз

На Земле ваши кости поддерживают вес вашего тела. Размер и масса костей тщательно сбалансированы. В условиях микрогравитации вашим костям больше не нужно поддерживать ваше тело, поэтому все ваши кости, особенно несущие, в районе бедер, ляжек и нижней части спины, используются меньше, чем на Земле. Размер и масса костей в невесомости уменьшаются примерно на 1% в месяц. В результате по возвращении на Землю они просто могут разрушиться. Неизвестно, каков процент восстанавливаемых костей после возвращения на Землю, но он точно не равен 100. Именно эта проблема вносит ограничения на время пребывания в космосе.

В дополнение к слабым костям, концентрация кальция в крови приводит к болезни почек, которым нужно этот избыточный кальций выводить. Могут образоваться камни в почках.

Имитационные тренировки

В невесомости может побывать каждый. Буквально каждый. Просто подпрыгните на месте. И на несколько коротких долей секунды, когда ваши ноги не будут касаться земли, вы испытаете интересные ощущения – блаженное чувство полёта. Вы – в невесомости. Да, очень ненадолго. Но зато как просто.

Чуть дольше, несколько секунд, проводят в отсутствие силы тяжести прыгуны на батуте. Упругая сетка позволяет выполнить в воздухе несколько кувырков и пируэтов. В эти секунды можно получить первые представления о невесомости. В состоянии свободного падения, следующего за свободным взлетом.

Для того чтобы ощутить более длительную «невесомость на земле» уже нужна техника. Если не космический корабль, то хотя бы самолет. Например, в центре подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина в Звёздном городке используют самолёт Ил-76МДК. Самолет взлетает и, начиная с определенного момента, встаёт на траекторию, имитирующую процесс свободного падения тела в безвоздушном пространстве. В этот момент люди, находящиеся в салоне самолета, испытывают состояние без силы тяжести. Впрочем, как и пилоты самолета. Такая искусственная невесомость может длиться несколько десятков секунд. Иногда до полутора минут. Этого достаточно, чтобы приобрести навык перемещения в невесомости, чтобы человек уже чувствовал ощущение нулевой силы тяжести, понимал, как пить воду и есть космическую пищу из тюбиков. В определенном смысле, освоиться в невесомости, приобрести первоначальные навыки координации движений, выполнения профессиональных обязанностей. Такая «невесомость на земле» очень помогает освоиться с нулевой гравитацией в состоянии невесомости. Отличный урок.

Горные орудия

Зачем армии космос

Армия и космос – близнецы-братья. Напомню, что Юрий Гагарин улетел в первый космический полёт старшим лейтенантом, а вернулся майором Советской армии. Армия оценила подвиг.

Первый космонавт Юрий Гагарин – майор Советской Армии

Все космонавты первого призыва были военными летчиками. Только во втором наборе появилось несколько инженеров. Да и те работали в ракетном КБ. Сама космическая отрасль была задумана и появилась в стране как средство доставки ядерных боезарядов с континента на континент.

Беспилотная космонавтика

Три классических военных аспекта космоса: боевые баллистические ракеты, спутники связи и системы геолокации. Ни одна из частей этой триады не является пилотируемой. Это означает, что воздействие невесомости на человека отдыхает. Нет экипажа космического аппарата – нет влияния отсутствия силы тяжести на человека. Большую часть своей траектории баллистическая ракета летит в невесомости. Это необходимо учитывать, из этого исходить при расчетах, но человек здесь ни при чём, ощущение невесомости он не испытывает. Так что пока и поскольку военный космос не требует пилотируемых полётов, то терпеть невесомость и перегрузки офицерам не нужно.

Пилотируемая космонавтика

Но перед экипажем пилотируемого космического аппарата могут стоять военные задачи. Задачи дистанционного зондирования поверхности Земли всегда включают решение задач космической разведки, они нередко требуют активного участия членов экипажа.

Спутники-инспекторы часто требуют управления со стороны экипажа обитаемого космического аппарата. Особенно при боевой активности такого спутника-инспектора. В этом случае может осуществляться непосредственный визуальный контакт экипажа со спутником-инспектором, особенно при выполнении оперативных манёвров.

При выходе в открытый космос человек летит со скоростью 8 км/с

На орбитальной станции экипажи сменяют друг друга, как правило, через несколько месяцев: космонавты испытывают состояние невесомости по полгода и дольше. Вес тела невесомость компенсирует, при этом офицерам приходится ежедневно тренироваться под нагрузкой упругих элементов, моделируя работу организма в условиях гравитации, минимизируя эффект невесомости. Факты о невесомости таковы: после полета члены экипажа проходят серьезный и продолжительный процесс реабилитации, с трудом возвращают себя в привычную физическую форму. При условии возникновения изменений, их глубина зависит от того, какое время в невесомости провел человек. Длительность реабилитации сравнима со временем полета.

Древнейшие народы Передней Азии

Как поливать цветок

Не думайте, что белый декабрист, как и большинство его «родственников» кактусов, не нуждается в регулярном поливе. Наоборот, шлюмбергера не переносит пересыхание грунта, но и избыток влаги растению вредит. Поэтому с поливом цветка нужно быть предельно осторожным.

Как правило, увлажнять грунт следует раз в неделю. Если летом стоит жара, то увеличьте орошение, а зимой, наоборот, сократите. Перед процедурой проверьте земляной ком, если он недостаточно подсох, то вместо полива, обрызгайте листву растения. Это принесет цветку, куда большую пользу, чем лишнее увлажнение.

Осенью в период покоя поливы сократите до минимума. В это время желательно держать цветок на «сухом пайке». В ноябре начинайте увеличивать полив, и постепенно приведите его к обычному количеству.

В любое время года для увлажнения используйте исключительно фильтрованную, мягкую воду. Перед использованием отстаивайте ее не менее 2 дней.

№4

Многие полагают, что в невесомости у космонавтов исчезает масса тела, но на самом деле это заблуждение. В космосе и астронавт, и их космические корабли имею массу, и на них также действует гравитация Земли. Отличие лишь в том, что гравитационная сила на орбите ниже, чем гравитационная сила на Земле. Однако астронавты не ощущают своего веса лишь по той причине, что на них ничего не давит. То есть, отсутствует контактная сила, какая возникала, когда человек стоял на земле. Иными словами, астронавты и космические корабли все время падают.

Да, другими словами невесомость – это свободное падение, когда на объект не действуют никакие другие силы, кроме неконтактной силы притяжения.

Физика 9 кл. Невесомость

Подробности

Просмотров: 156

6. Когда появляется состояние невесомости?

Тело, находящееся в свободном падении, испытывает состояние невесомости.
Невесомость, значит у тела нет веса.
Что такое вес? Это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес.
Свободно падающие предметы теряют свой вес, они не давят на опору, они невесомы.
Например:
Подпрыгнувший в воздушной среде человек практически становится невесом.
То же самое с камнем, неважно, падает камень вниз, или он подброшен вверх.
Невесом при падении парашютист, пока над ним не раскроется купол парашюта.
В данных примерах малым сопротивлением воздуха пренебрегаем, считая падение тел свободным.
Истинное свободное падение тел можно наблюдать в вакууме. 7

В чем состоит причина невесомости?
Невесомость объясняется тем, что сила тяжести (иначе сила всемирного тяготения) сообщают всем телам одинаковое ускорение g. Всякое тело, на которое действует только сила тяжести, находится в состоянии невесомости. Именно в таких условиях находится всякое свободно падающее тело. 8. Как на опыте продемонстрировать невесомость?
Вес тела, движущегося под действием только силы тяжести, равен нулю. В этом можно убедиться с помощью опытов
Опыт 1

7. В чем состоит причина невесомости?
Невесомость объясняется тем, что сила тяжести (иначе сила всемирного тяготения) сообщают всем телам одинаковое ускорение g.
Всякое тело, на которое действует только сила тяжести, находится в состоянии невесомости.
Именно в таких условиях находится всякое свободно падающее тело. 8. Как на опыте продемонстрировать невесомость?
Вес тела, движущегося под действием только силы тяжести, равен нулю.
В этом можно убедиться с помощью опытов
Опыт 1.

а) К динамометру подвешен металлический шарик.
Вес шарика равен 0,5 Н.
б) Если нить, удерживающую динамометр, перерезать, то он будет свободно падать (сопротивлением воздуха в данном случае можно пренебречь).
При падении указатель переместится на нулевую отметку, значит, вес шарика стал равен нулю.
Вес свободно падающего динамометра тоже равен нулю.
Шарик и динамометр движутся с одинаковым ускорением, не оказывая друг на друга никакого влияния, т.е. находятся в состоянии невесомости.
Динамометр и шарик свободно падали из состояния покоя.
Опыт 2.

в) Возьмём полиэтиленовый пакет и на 1/3 заполним его водой; удалим из пакета воздух и завяжем его.
г) Если взять пакет за нижнюю часть и перевернуть, то свитая часть пакета под весом воды раскрутится и заполнится водой.
д, е) Если же, переворачивая пакет, удерживать жгут, а затем подкинуть пакет вверх, то и во время подъёма, и во время падения пакета жгут не будет раскручиваться.
То есть во время полёта вода не действует своим весом на пакет, так как становится невесомой.
Можно перекидывать этот пакет друг другу, но и тогда пакет сохранит в полёте свою форму со жгутом.

9. Исчезает ли сила притяжения тела к Земле при переходе тела в состояние невесомости?

Нет, не исчезает.
Если стрелка падающего динамометра с грузом (как в опыте, описанном выше) возвращается на нуль, то это не значит, что исчезла сила тяжести.
Исчез вес, то есть сила, с которой груз действует на подвес.
Сила же тяжести, действующая на весы и на груз, остается, и именно она — причина свободного падения тела.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

1 March. 10:30 (I’m late). Star City

Проходная на въезде в Звездный похожа на смесь кинотеатра и парикмахерской. Солдат поднимает шлагбаум рукой, пропуская машину на территорию.

The control post at the Star City entrance looks like a cross between a cinema and a hairdresser’s. The soldier lifts the boom barrier manually, letting the car onto the premises.

Сегодня  день медкомиссии и инструктажа.

Today’s programme: a medical and a training session.

По пути в гидролабораторию встречаются исторические здания. В этой 11-этажке жил Гагарин:

You can spot some historic buildings on your way to the hydrolab. Gagarin lived in this 11-storey building:

Тут находится центрифуга:

There’s a centrifuge in there:

Проходим медкомиссию. Окулист смотрит в глаз через лупу:

At my medical. The optician examines my eye through a magnifying glass:

Я вам разрешаю полет.

— I am clearing you to fly.

Вот краткая история отечественной космонавтики в картинках:

A short history of homegrown spaceflight in pictures:

А вот куски космических кораблей, на которых тренируются в бассейне.

Here you can see some pieces of spacecraft that they train on in the pool.

Бассейн занимает середину здания. Через иллюминаторы подсвечивается вода:

The pool takes up the middle part of the building. The water is lit up through the portholes.

А внутри плавают макет секции МКС и астронавты с аквалангистами:

Inside there’s a model of an ISS module, astronauts and divers:

В классе подготовки майор на примере авторучки объясняет принцип создания невесомости без выхода в космос.

During the training session a major uses a ballpoint pen to explain the principle of how zero gravity can be achieved without going up in space.

и делаем параболу.

— …and we trace a parabola.

На следующий день назначен полет.

The flight is scheduled for the following day.

Отсутствие гравитации меняет нейронные связи

Ученые сделали фМРТ головного мозга одиннадцати космонавтам до и после полета, который длился в среднем шесть месяцев. Затем они сравнили данные томографии космонавтов с результатами добровольцев, которые не покидали Землю. Исследователей интересовали изменения в связях между зонами мозга, отвечающими за сенсомоторные функции — движение и восприятие положения тела. Для активизации этих зон использовалась стимуляция подошвы стоп, имитирующая походку.

На Земле восприятие пространства и положения тела регулирует вестибулярный аппарат — система мешочков и полукружных каналов во внутреннем ухе. Но в невесомости он работает со сбоями, так как для его работы необходима сила тяжести. Поэтому космонавты нередко испытывают головокружение и дезориентацию до тех пор, пока их тело не привыкнет к необычным условиям.

Выяснилось, что у космонавтов перестраиваются связи мозга, отвечающие за восприятие и движение. Чтобы компенсировать недостаток информации от органа равновесия, развивается вспомогательная система соматосенсорного контроля: мозг чаще обращается к зрительным и тактильным системам, чем к вестибулярному аппарату. Поэтому усиливаются нейронные пути, координирующие их работу. Так, фМРТ показало увеличение связи островковых долей с другими отделами. Островковые доли отвечают за интеграцию ощущений, поступающих из разных систем.

Что же касается связей мозжечка и вестибулярных ядер с полушариями, — в условиях земного притяжения эти структуры обеспечивают обработку ощущений, поступающих из вестибулярного аппарата. Ученые предполагают, что в космосе мозг тормозит активность этой системы, так как от нее поступает противоречивая информация об окружающем мире.

Это не первая попытка изучить влияние невесомости на мозг с помощью нейровизуализации. Более ранние исследования посвящены рискам для здоровья, с которыми сталкиваются космонавты.

1.11. Вес и невесомость window.top.document.title = «1.11. Вес и невесомость»;

Силу тяжести с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Пусть тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальном столе (рис. 1.11.1). Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. На тело действуют сила тяжести направленная вертикально вниз, и сила упругости с которой опора действует на тело. Силу называют силой нормального давления или силой реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга: В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: По определению, сила и называется весом тела. Из приведенных выше соотношений видно, что т. е. вес тела равен силе тяжести Но эти силы приложены к разным телам!

Рисунок 1.11.1.Вес тела и сила тяжести. – сила тяжести, – сила реакции опоры, – сила давления тела на опору (вес тела).

Если тело неподвижно висит на пружине, то роль силы реакции опоры (подвеса) играет упругая силы пружины. По растяжению пружины можно определить вес тела и равную ему силу притяжения тела Землей. Для определения веса тела можно использовать также рычажные весы, сравнивая вес данного тела с весом гирь на равноплечем рычаге. Приводя в равновесие рычажные весы путем уравнивая веса тела суммарным весом гирь, мы одновременно достигаем равенства массы тела суммарной массе гирь, независимо от значения ускорения свободного падения в данной точке земной поверхности. Например, при подъеме в горы на высоту 1 км показания пружинных весов изменяются на 0,0003 от своего значения на уровне моря. При этом равновесие рычажных весов сохраняется. Поэтому рычажные весы являются прибором для определения массы тела путем сравнения с массой гирь (эталонов).

Рассмотрим теперь случай, когда тело лежит на опоре (или подвешено на пружине) в кабине лифта, движущейся с некоторым ускорением относительно Земли. Система отсчета, связанная с лифтом, не является инерциальной. На тело по-прежнему действуют сила тяжести и сила реакции опоры но теперь эти силы не уравновешивают друг друга. По второму закону Ньютона

Сила действующая на опору со стороны тела, которую и называют весом тела, по третьему закону Ньютона равна Следовательно, вес тела в ускоренно движущемся лифте есть

Пусть вектор ускорения направлен по вертикали (вниз или вверх). Если координатную ось OY направить вертикально вниз, то векторное уравнение для можно переписать в скалярной форме:

В этой формуле величины P, g и a следует рассматривать как проекции векторов , и на ось OY. Так как эта ось направлена вертикально вниз, g = const > 0, а величины P и a могут быть как положительными, так и отрицательными. Пусть, для определенности, вектор ускорения направлен вертикально вниз, тогда a > 0 (рис. 1.11.2).

Рисунок 1.11.2.Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения направлен вертикально вниз. 1) a < g, P < mg; 2) a = g, P = 0 (невесомость); 3) a > g, P < 0

Из формулы (*) видно, что если a < g, то вес тела P в ускоренно движущемся лифте меньше силы тяжести. Если a > g, то вес тела изменяет знак. Это означает, что тело прижимается не к полу, а к потолку кабины лифта («отрицательный» вес). Наконец, если a = g, то P = 0. Тело свободно падает на Землю вместе с кабиной. Такое состояние называется невесомостью. Оно возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите при выключенными реактивных двигателями.

Если вектор ускорения направлен вертикально вверх (рис. 1.11.3), то a < 0 и, следовательно, вес тела всегда будет превышать по модулю силу тяжести. Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают космонавты, как при взлете космической ракеты, так и на участке торможения при входе корабля в плотные слои атмосферы. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, особенно на сверхзвуковых самолетах.

Рисунок 1.11.3. Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения направлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка)

Модель. Человек в лифте

Знакомьтесь: микрогравитация

Представьте себе, что вы одеты в скафандр и лежите на спине в летной кабине космического аппарата. Вы лежите на спине в течение нескольких часов, пока пилоты и центр управления полетами готовятся к запуску. Обычно, когда вы стоите прямо, сила тяжести тянет кровь вниз, поэтому целые бассейны ее собираются у вас в ногах. Однако, поскольку вы лежите на спине, кровь по-разному распределяется в вашем теле, в том числе накапливаясь и в голове, поскольку ваши ноги подняты. В голове немного тяжеловато, словно вы только что проснулись.

Ракетные двигатели зажигаются и вы чувствуете ускорение. Вас вдавливает в кресло, поскольку аппарат взлетает. Сила тяжести вместе с увеличением скорости корабля увеличивается в три раза (на некоторых американских горках можно испытать такой уровень ускорения). Ваша грудь сжимается, дышать становится немного трудно. Спустя восемь с половиной минут вы оказываетесь в космосе и начинаете испытывать совершенно другое ощущение: невесомость.

Правильный термин для невесомости — микрогравитация. Вы не невесомы, поскольку земная гравитация удерживает вас и летательный аппарат на орбите. Вы находитесь в состоянии свободного падения, словно только что прыгнули с самолета, за исключением того, что падаете горизонтально и никогда не упадете. Допустим, вы стоите на весах, и они показывают ваш вес, поскольку гравитация тянет вниз и вас, и весы. Поскольку весы находятся на земле, они отталкиваются вверх с равнозначной силой — и эта сила и есть ваш вес. Но если вы прыгнете со скалы, стоя на весах, и вы, и весы будете притягиваться гравитацией. Вы не будете давить на весы, и они не будут давить на вас. Ваш вес будет нулевым. Таков закон Ньютона.

Поскольку космический аппарат и все объекты в нем падают с одной скоростью — все, что не закреплено, плавает. Если у вас длинные волосы — они будут плавать вокруг лица. Если вы выльете воду из стакана — она соберется в большую сферическую каплю, которую можно будет разбить на меньшие капли. Галушки и конфеты сами будут заплывать вам в рот, если вы подтолкнете их по нужной траектории. Сидя в кресле, вы не будете знать, что сидите, поскольку ваше тело не будет давить на кресло. Если вы не будете держаться — вы уплывете. Более того, если вы не будете держаться за стену или пол рукой или ногой — вы не сможете сдвинуться с места — не от чего оттолкнуться. По этой причине в любом космическом аппарате всегда много поручней для рук и ног.

Космос без невесомости

Как ни странно, но это вполне возможно. По крайней мере, большую орбитальную станцию вполне реально сделать, как пример, в форме тора, этакого «бублика». И закрутить бублик вокруг его оси.

Космический «бублик» вращается и создает в отсеках силу тяжести

В этом случае, на всех людей, находящихся в отсеках этого орбитального тороидального космического корабля, будет действовать центробежная сила. Источники этой силы таковы. Это следствие движения космонавтов по кругу. Центробежная сила будет приложена в направлении от оси вращения, то есть она будет прижимать космонавтов к наружной (дальней от оси) стенке бублика. Космонавты испытают действие силы тяжести, пропорциональной их массе. При определенном соотношении радиуса этого орбитального тора и скорости его вращения, можно добиться того, что гравитационные условия для космонавтов будут такие же, как на поверхности Земли. Они почувствуют, будто имеют вес как на родной планете.

Кратко подводя итоги, можно констатировать, что невесомость для пилотируемых полетов в космос, в том числе и полетов военного назначения, действует не только во благо, но и во зло. Но зло это не является неизбежным, существует эффективные способы борьбы с негативными последствиями невесомости.

Автор статьи:
Штольц Константин

Инженер. Кандидат наук.