bestežinsko stanje

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Astronauti na Međunarodnoj svemirskoj stanici
Gori svijeća na Zemlji (lijevo) i u nultoj gravitaciji (desno)
Sletanje mačaka na četiri noge u normalnim uslovima iu nultom gravitacijom

Betežinsko stanje je stanje u kojem ne postoji sila interakcije tijela s osloncem ili ovjesom ( tjelesna težina ), koja nastaje u vezi s gravitacijskim privlačenjem ili djelovanjem drugih sila mase (posebno, sile inercije koja nastaje pri ubrzanom kretanje tela).

Ponekad se kao sinonim za naziv ovog fenomena koristi termin mikrogravitacija , što je netačno (izgleda da gravitacija izostaje ili je zanemarljiva).

Uzroci

Stanje bestežinskog stanja nastaje kada su vanjske sile koje djeluju na tijelo samo mase (gravitacijske sile), ili je polje ovih sila lokalno jednolično, odnosno sile polja koje se prenose na sve čestice tijela u svakom njegovom položaju. ista veličina i pravac ubrzanja (koji se pri kretanju u gravitacionom polju Zemlje praktično dešava ako su dimenzije tela male u poređenju sa poluprečnikom Zemlje), ili su početne brzine svih čestica tela isto po apsolutnoj vrijednosti i smjeru (telo se kreće naprijed).

Na primjer, svemirska letjelica i sva tijela u njoj, nakon što su dobili odgovarajuću početnu brzinu, kreću se pod djelovanjem gravitacijskih sila duž svojih orbita s praktički istim ubrzanjima (fenomen prisustva ubrzanja nakon što se potisak motora isključi za tijelo u orbiti), kao slobodno; ni sama tijela ni njihove čestice ne vrše međusobni pritisak jedna na drugu, odnosno nalaze se u bestežinskom stanju. U tom slučaju, u odnosu na kabinu aparata, tijelo u njoj može ostati u mirovanju na bilo kojem mjestu (slobodno "visiti" u prostoru). Iako gravitacijske sile pod nultom gravitacijom djeluju na sve čestice tijela, ne postoje vanjske površinske sile koje bi mogle uzrokovati međusobne pritiske čestica jedna na drugu. [1]

Dakle, svako tijelo čije su dimenzije male u poređenju sa poluprečnikom Zemlje, koje se slobodno kreće u gravitacionom polju Zemlje, u odsustvu drugih vanjskih sila, biti će u bestežinskom stanju. Rezultat će biti sličan za kretanje u gravitacionom polju bilo kojeg drugog nebeskog tijela.

U stvarnosti, za sva tijela konačne veličine postoji razlika u gravitacijskim ubrzanjima uzrokovana razlikom udaljenosti različitih tačaka tijela od Zemlje. Ova mala razlika ima tendenciju da izduži tijelo u radijalnom smjeru. [2]

istorija

Promjenu težine loptice tokom njenog slobodnog pada u tekućini primijetio je Lajbnic . Godine 1892-1893. Nekoliko eksperimenata koji pokazuju nastanak bestežinskog stanja tokom slobodnog pada izveo je profesor Moskovskog državnog univerziteta N. A. Lyubimov , na primjer, klatno , izvučeno iz ravnotežnog položaja tokom slobodnog pada, nije se ljuljalo [3] .

Osobine ljudske djelatnosti i rada tehnologije

U uslovima nulte gravitacije na svemirskom brodu, mnogi fizički procesi (konvekcija, sagorevanje, itd.) se odvijaju drugačije nego na Zemlji. Nedostatak gravitacije posebno zahteva poseban dizajn sistema kao što su tuševi, toaleti, sistemi za grejanje hrane, ventilacija, itd. ISS, na primer, ima instaliran veliki broj ventilatora. Jelo i piće, lična higijena, rad sa opremom i općenito obične svakodnevne aktivnosti također imaju svoje karakteristike i zahtijevaju od astronauta da razvije naviku i potrebne vještine.

Efekat bestežinskog stanja neizbežno je uzet u obzir u dizajnu raketnog motora sa tečnim gorivom koji je projektovan za lansiranje u nultom stanju gravitacije. Komponente tekućeg goriva u rezervoarima ponašaju se na isti način kao i svaka tečnost (formiraju tečne sfere). Iz tog razloga, dovod tekućih komponenti iz rezervoara do vodova za gorivo može postati nemoguć. Da bi se ovaj efekat kompenzovao, koristi se poseban dizajn rezervoara (sa separatorima za gasne i tečne medije), kao i postupak taloženja goriva pre pokretanja motora. Ovaj postupak se sastoji u uključivanju pomoćnih motora broda radi ubrzanja; blago ubrzanje koje stvaraju taloži tečno gorivo na dno rezervoara, odakle sistem snabdevanja usmerava gorivo u vodove.

Efekti na ljudski organizam

Prilikom prelaska iz stanja prisustva tjelesne težine na površini Zemlje u uslove bestežinskog stanja (prije svega, kada letjelica uđe u orbitu), većina astronauta doživljava reakciju tijela koja se naziva sindrom adaptacije svemira .

Dugim (više od nedelju dana) boravkom čoveka u svemiru, nedostatak telesne težine počinje da izaziva određene štetne promene u organizmu [4] .

Prva i najočitija posljedica bestežinskog stanja je brza atrofija mišića: mišići su zapravo isključeni iz ljudske aktivnosti, kao rezultat toga padaju sve fizičke karakteristike organizma [4] . Osim toga, posljedica oštrog pada aktivnosti mišićnog tkiva je smanjenje potrošnje kisika u organizmu, a zbog nastale višak hemoglobina , aktivnost koštane srži sintezu to (hemoglobina) može smanjiti [ 4] .

Također postoji razlog za vjerovanje da će ograničenje pokretljivosti poremetiti metabolizam fosfora u kostima, što će dovesti do smanjenja njihove čvrstoće [4] .

Težina i gravitacija

Često se nestanak težine miješa s nestankom gravitacijske privlačnosti, ali to uopće nije slučaj. Primjer je situacija na Međunarodnoj svemirskoj stanici (ISS). Na nadmorskoj visini od 350 kilometara (visina stanice), na ubrzanje gravitacije ima vrijednost od 8,8 m / s ², što je samo 10% manje nego na površini Zemlje . Stanje bestežinskog stanja na ISS-u ne nastaje zbog "odsustva gravitacije", već zbog kretanja po kružnoj orbiti s prvom kosmičkom brzinom , odnosno čini se da astronauti stalno "padaju naprijed" brzinom od 7,9 km / s.

Betežinsko stanje na Zemlji

Putanja manevra za postizanje nulte gravitacije
Astronauti projekta Merkur na C-131 Samaritan, 1959
Peter Diamandis Zero Gravity u avionu Zero Gravity

Na zemlji se u eksperimentalne svrhe stvara kratkotrajno stanje bestežinskog stanja (do 40 s) kada letelica leti balističkom putanjom, odnosno takvom putanjom po kojoj bi letelica letela pod uticajem samo sila gravitacije. Ova putanja pri malim brzinama dobijena je parabolom (tzv. " Keplerova parabola "), zbog čega se ponekad pogrešno naziva "paraboličnom". Općenito, putanja je elipsa ili hiperbola.

Takve metode se koriste za obuku kosmonauta u Rusiji i Sjedinjenim Državama. U kokpitu je loptica okačena na žicu, koja obično vuče tetivu prema dolje (ako avion miruje, ili se kreće ravnomjerno i pravolinijski). Nedostatak napetosti na niti na kojoj visi lopta ukazuje na bestežinsko stanje. Dakle, pilot mora upravljati avionom tako da lopta visi u zraku bez povlačenja uzice. Da bi se postigao ovaj efekat, avion mora imati konstantno ubrzanje jednako g i usmjereno naniže. Drugim riječima, piloti stvaraju nulto preopterećenje. Dugo vremena, takvo preopterećenje (do 40 sekundi) može se stvoriti ako izvodite poseban akrobatski "uron u zrak". Piloti počinju naglo da se penju, ulazeći u "paraboličnu" putanju, koja se završava istim oštrim padom visine. Unutar trupa nalazi se komora u kojoj treniraju budući kosmonauti, to je potpuno tapacirana putnička kabina bez sjedišta kako bi se izbjegle ozljede kako u bestežinskim trenucima tako i u trenucima preopterećenja.

Sličan osjećaj bestežinskog stanja (djelomično) osoba doživljava kada leti na letovima civilne avijacije tokom slijetanja. Međutim, radi sigurnosti letenja i zbog velikog opterećenja na konstrukciju aviona, svaki avion na redovnom rasporedu spušta visinu, čineći nekoliko produženih spiralnih okreta (od visine leta od 11 km do visine prilaza od oko 1-2 km). Odnosno, spuštanje se vrši u nekoliko prolaza, pri čemu putnik na nekoliko sekundi osjeti da ga malo podižu sa sjedišta. Isti osjećaj doživljavaju i vozači upoznati s padinama koje prolaze kroz strma brda, kada automobil počne da klizi prema dolje sa vrha.

Tvrdnje da avion izvodi akrobatiku kao što je " Nesterovljeva petlja " za stvaranje kratkotrajne bestežinske mase nisu ništa drugo do mit. Obuke se izvode u malo modifikovanim serijskim putničkim ili teretnim avionima, za koje su akrobatika i slični režimi letenja superkritični i mogu dovesti do uništenja mašine u vazduhu ili brzog zamornog habanja nosećih konstrukcija.

Stanje bestežinskog stanja može se osjetiti u početnom trenutku slobodnog pada tijela u atmosferu , kada je otpor zraka još uvijek nizak.

Postoji nekoliko aviona sposobnih da lete uz postizanje stanja nulte gravitacije bez poletanja u svemir. Tehnologija se koristi i za obuku od strane svemirskih agencija i za komercijalne letove pojedinaca. Takve letove obavlja američka avio-kompanija Zero Gravity , Roskosmos (na IL-76 MDK od 1988, letovi su dostupni i za pojedince [5] ), NASA (na Boeingu KC-135), Evropska svemirska agencija (na Airbus A-310) [ 6] Tipičan let traje oko sat i po. Tokom leta se održava 10-15 seansi bestežinskog stanja, za koje letjelica pravi strmo zaron. Trajanje svake sesije bestežinskog stanja je oko 25 sekundi [7] . Više od 15.000 ljudi je letjelo do novembra 2017. [8] . Mnogi poznati ljudi letjeli su u nultom gravitacijskom stanju u avionu, uključujući: Baz Aldrin , John Carmack , Tony Hawk , Richard Branson . Stephen Hawking je također napravio kratak let 26. aprila 2007. [9] [10] [11] .

Još jedan način simulacije bestežinskog stanja, osim toga, već duže vrijeme, je stvaranje hidrauličke bestežinske težine.

Bilješke (uredi)

  1. Betežinski položaj // Velika sovjetska enciklopedija.
  2. Levantovsky V.I. Mehanika svemirskih letova u osnovnoj prezentaciji. - M., Nauka, 1970.-- str. 53.
  3. Perelman Ya.I. Interplanetarna putovanja. Početne osnove zvjezdana. - 6th ed. - L .: Surf . - Str. 163 .-- 5000 primjeraka.
  4. 1 2 3 4 [epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1965/9/chelovek.html Čovjek živi u svemiru (svemirska psihologija)]
  5. Betežinsko stanje .
  6. ESA Human Spaceflight Research .
  7. Born to Fly (veza nedostupna) . Pristupljeno 25. marta 2018. Arhivirano 25. marta 2018.
  8. Svemirski turizam će sigurno biti prava eksplozija .
  9. ^ Učenje letenja, skidanja i povraćanja na 727 (5. mart 2007.).
  10. ^ Nulta gravitacija za 3,5 G (26. april 2007.).
  11. Rezerviran Zero-G let Stephena Hawkinga , CBS News , 1. marta 2007.

Linkovi