Безтегловността - по-точно микрогравитацията - е специално състояние извън земната (или всяка друга) гравитация, когато тя практически не се усеща, а тялото на астронавта е в състояние на непрекъснато свободно падане. Нулевата гравитация може да бъде изпитана например в асансьор или самолет с свободно падане (такива акробатични самолети се използват за обучение в изкуствена нулева гравитация) или в околоземна орбита на Международната космическа станция. Дългосрочното излагане на нулева гравитация има пагубен ефект върху физическото състояние на астронавтите, така че учените проучват как да намалят нивото на загуба на мускулна и костна маса в условия на микрогравитация, за да защитят бъдещите пътници до Марс и извън него. Буквално шест месеца, прекарани в орбита, предизвикват необратими промени в човешкото тяло.
Продължителното излагане на нулева гравитация води до здравословни проблеми – това е факт. Например, хората вече знаят, че летящите астронавти ще могат да изпитват широк спектър от медицински проблеми, включително загуба на мускули, дефицит на калций, нарушена сърдечно-белодробна функция, зрително увреждане 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 заздравяват дори след завръщането си на Земята.
Теглото като силата, с която всяко тяло действа върху повърхност, опора или окачване. Теглото възниква поради гравитационното привличане на Земята. Числено тежестта е равна на силата на тежестта, но последната се прилага към центъра на масата на тялото, докато тежестта се прилага към опората.
Безтегловност - нулево тегло, може да възникне, ако няма гравитационна сила, тоест тялото е достатъчно от масивни обекти, които могат да го привличат.
Международната космическа станция се намира на 350 км от Земята. На такова разстояние ускорението на гравитацията (g) е 8,8 m/s2, което е само с 10% по-малко, отколкото на повърхността на планетата.
На практика рядко се срещате - гравитационният ефект винаги съществува. Космонавтите на МКС все още са засегнати от Земята, но там присъства безтегловност.
Друг случай на безтегловност възниква, когато силата на гравитацията се компенсира от други сили. Например, МКС е подложена на силата на гравитацията, леко намалена поради разстоянието, но станцията също се движи по кръгова орбита с първата космическа скорост и центробежната сила компенсира гравитацията.
Безтегловност на Земята
Феноменът безтегловност е възможен и на Земята. Под въздействието на ускорението телесното тегло може да намалее и дори да стане отрицателно. Класически пример, даден от физиците, е падащ асансьор.
Ако асансьорът се движи надолу с ускорение, тогава налягането върху пода на асансьора и следователно теглото ще намалеят. Освен това, ако ускорението е равно на ускорението на гравитацията, тоест повдигането падне, теглото на телата ще стане нула.
Отрицателно тегло се наблюдава, ако ускорението на повдигането надвишава ускорението на свободното падане - телата вътре се "залепват" за тавана на автомобила.
Този ефект се използва широко за симулиране на безтегловност при обучение на астронавти. Самолетът, оборудван с тренировъчна камера, се изкачва на значителна височина. След това той се гмурка надолу по балистична траектория, всъщност на повърхността на земята колата се изравнява. При гмуркане от 11 хиляди метра можете да получите 40 секунди безтегловност, която се използва за тренировка.
Има погрешно схващане, че такива хора изпълняват сложни фигури, като "примката Нестеров", за да получат безтегловност. Всъщност за обучение се използват модифицирани серийни пътнически самолети, които не са способни на сложни маневри.
Физическо изражение
Физическата формула за тегло (P) с ускорено движение на опората, независимо дали е падащ елече или самолет за гмуркане, е както следва:
където m е телесно тегло,
g - ускорение на гравитацията,
а - ускорение 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, да премествате дори най-масивните предмети с лекота - това 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 след завръщането трябва да се възстановите, свиквайки с условията на гравитацията. Физикът обаче най-вероятно ще пропусне подобни нюанси и ще разкрие концепцията с математическа прецизност, използвайки формули и числа.
Определение
Нека започнем запознаването си с явлението с разкриване на научната същност на въпроса. Физиката определя безтегловността като състояние на тяло, когато неговото движение или външните сили, действащи върху него, не водят до взаимно натиск на частиците една върху друга. Последното винаги възниква на нашата планета, когато даден обект се движи или почива: той е притиснат от силата на гравитацията и противоположно насочената реакция на повърхността, върху която се намира обектът.
Изключение от това правило са случаите, тоест падане със скорост, която придава на тялото силата на гравитацията. При такъв процес няма натиск на частици една върху друга, появява се безтегловност. Физиката казва, че състоянието, което се случва в космическите кораби, а понякога и в самолетите, се основава на същия принцип. Безтегловността се появява в тези превозни средства, 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. Тя 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.
Къщи
Последствията от полетите за астронавтите не спират дотук. След завръщането си на Земята, те трябва да се адаптират обратно към гравитацията за известно време. Какво е безтегловност за астронавт, завършил полет? На първо място, това е навик. Съзнанието за известен период отказва да приеме факта за наличието на гравитация. В резултат на това често има случаи, когато астронавтът, вместо да постави чашата на масата, просто я пусна и осъзна грешката едва когато чу звука от счупените чинии на пода.
Хранене
Една от трудните и в същото време интересни задачи за организаторите на пилотирани полети е да осигурят на астронавтите храна, която лесно се усвоява от тялото под въздействието на безтегловността в удобна форма. Първите експерименти не предизвикаха особен ентусиазъм сред членовете на екипажа. Показателен в това отношение е случаят, когато американският астронавт Джон Йънг, противно на строгите забрани, донесе на борда сандвич, който обаче не изядоха, за да не наруши още повече хартата.
Към днешна дата няма проблеми с разнообразието. Списъкът с ястия, достъпни за руски космонавти, включва 250 артикула. Понякога товарен кораб, тръгващ от гарата, ще достави прясна храна, поръчана от някой от екипажа.
Основата на диетата са всички течни ястия, напитки и пюрета са опаковани в алуминиеви туби. Контейнерите и черупките на продуктите са обмислени по такъв начин, че да се избегне появата на трохи, плаващи в нулева гравитация и способни да попаднат в окото на някого. Например бисквитките се правят доста малки и покрити с черупка, която се топи в устата.
Позната среда
На станции като МКС те се опитват да приведат всички условия до обичайните земни условия. Това са национални ястия в менюто и движението на въздуха, необходимо както за функционирането на тялото, така и за нормалната работа на оборудването, и дори обозначението на пода и тавана. Последното е по-скоро от 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 улеснява по-бързата адаптация.
Нулевата гравитация е една от причините не всички да бъдат наети като астронавти. Адаптирането при пристигането на станцията и след завръщането на Земята е сравнимо с няколко пъти засилена аклиматизация. Човек с лошо здраве може да не е в състояние да издържи такова натоварване.
Живеем във време, когато полетите на космически кораби около Земята, до Луната и до други планети от Слънчевата система вече не са изненадващи. Знаем, че по време на полет астронавтите и всички обекти на космическите кораби са в специално състояние, наречено състояние на нулева гравитация. Какво е това състояние и може ли да се наблюдава на Земята? Безтегловността е сложно физическо явление. За да го разберете, трябва да запомните нещо от курса по физика.
И така, под тежестта на тялото имаме предвид силата, с която тялото, поради привличането си към Земята, натиска опората.
Представете си, че опората и тялото падат свободно. В крайна сметка опората е и тяло, върху което действа гравитацията. Какво ще бъде теглото на тялото в този случай: с каква сила тялото ще действа върху опората?
Нека направим експеримента. Вземете малко тяло и го окачете от пружина, прикрепена към неподвижна опора. Под действието на гравитацията тялото започва да се движи надолу, така че пружината се разтяга, докато в нея възникне еластична сила, която уравновесява силата на гравитацията. Ако отрежете конеца, придържащ пружината към тялото, пружината към тялото ще падне. Виждате, че по време на падането напрежението на пружината изчезва и тя се връща към първоначалния си размер.
И така, какво се случва? Когато пружината с тялото падне, тя остава неопъната. Тоест падащото тяло не действа върху пружината, падаща заедно с него. В този случай теглото на тялото е нула, но тялото и пружината падат, което означава, че силата на гравитацията все още действа върху тях.
По същия начин, ако тялото и опората или опората, върху която лежи тялото, падат свободно, тогава тялото ще спре да натиска опората или опората. В този случай телесното тегло ще бъде нула.
Подобни явления се наблюдават на космически кораби и спътници. Сателитът, който се върти около Земята, астронавтът и всички тела, които са вътре в сателита, са в непрекъснато свободно падане (те сякаш падат към Земята). В резултат на това телата по време на падане не натискат опората и не разтягат пружината. За такива тела се казва, че са в състояние на безтегловност ("без тегло", теглото е равно на нула).
Телата, които не са фиксирани в космическия кораб, свободно "висят". Течността, излята в съда, не притиска дъното и стените на съда, поради което не изтича през отвора в съда. Махалата на часовника почиват в каквото и положение да са били оставени. Астронавтът не се нуждае от никакви усилия, за да държи ръката или крака си в изпънато положение. Идеята му за това къде е горе и къде е долу изчезва. Ако кажете на някое тяло скоростта спрямо кабината на спътника, тогава то ще се движи праволинейно и равномерно, докато се сблъска с други тела.
сайт, с пълно или частично копиране на материала, е необходима връзка към източника.
По-подробно за това какво е и къде може да се усети и ще бъде обсъдено в тази статия.
Статично
Има два вида безтегловност. Статично е – наблюдава се при отдалечаване от обект с голяма маса. Например тяло, което е прелетяло на значително разстояние от планетата. Трябва да се разбере обаче, че теглото му не изчезва напълно.
Факт е, че гравитацията от масивни обекти като планети и звезди, въпреки че намалява с разстоянието, не изчезва напълно. Действието му се простира безкрайно далеч до всички краища на Вселената, обратно пропорционално на квадрата на разстоянието. Това следва от определението за безтегловност.
По този начин е невъзможно да се излезе от зоната на действие на гравитационното поле.
Динамичен
Друг вид безтегловност е динамичната. Постоянно се тества от космонавти и пилоти. Ефектът на гравитационното поле на масивен обект може да бъде неутрализиран чрез свободно падане върху него. Това изисква обектът да набере определена скорост и да стане спътник.
След като набра необходимата скорост, спътникът започва да преминава в състояние на постоянно свободно падане. Обектите вътре в него ще бъдат в състояние на безтегловност. Тази скорост се нарича първа космическа скорост.
За планетата Земя, например, скоростта е около 8 километра в секунда. За Слънцето – вече 640. Всичко зависи от масата на обекта и неговата плътност. В такива места, където плътността достига стотици милиони тонове на кубичен сантиметър, космическата скорост се доближава до скоростта на светлината.
Безтегловност на Земята
Оказва се, че човек може да преживее състоянието на безтегловност, без да напуска планетата. Вярно, за много кратък период. Например, пътник в кола, движеща се по извит мост, ще изпита за известно време безтегловност в горната част на издутината на моста.
Пътниците, пътуващи в градския транспорт по неравни пътища, постоянно изпитват ефекта на безтегловност всеки път, когато автобусът се натъкне на дупка или неравност. Те са в свободно падане за кратък период от време.
Забавление
Напоследък в развлекателната индустрия се появиха специални тренировъчни площадки, където всеки може да изпита безтегловност.
След като преминете медицинска комисия и платите определена сума пари, можете да се качите на борда на самолет, който лети по вълнообразна траектория, а по време на пик хората могат да изпитат необичайно чувство на безтегловност за половин минута.
Пилотът на самолета чрез интеркома обявява началото на ефекта на безтегловност. Това е от съображения за сигурност. Факт е, че след свободно падане самолетът бързо набира височина. В същото време хората на борда изпитват диаметрално противоположен ефект – претоварване.
Понякога тази стойност достига три пъти ускорението, дължащо се на гравитацията. С други думи, теглото на тялото в нулева гравитация ще бъде три пъти повече от естественото тегло. Падането от няколко метра височина с такова телесно тегло може много лесно да се нарани.
За тези цели специално обучени инструктори седят на борда на самолета в отделението с нулева гравитация. Тяхната задача е да поставят хората, които не са успели да изпълнят дадения интервал от време на пода на самолета навреме.
Поредица от възходи и падения се случва с честота до двадесет пъти по време на един полет на самолет.
В Русия, например, за желаещите да изпитат безтегловност има специална центрофуга, която се намира в центъра за обучение на космонавти и пилоти. Отново, след медицински преглед и парична вноска от около 55 хиляди рубли, човек може да почувства ефекта на безтегловност.
Ефект върху човешкото тяло
По дефиниция безтегловността е абсолютно безвредна за човешкото тяло. Трудностите започват, когато продължават няколко дни, седмици или месеци.
В повечето случаи това се отнася само за обитателите на космическите станции. Астронавтите, които са били на борда от дълго време, започват да изпитват значителен дискомфорт. Това се дължи преди всичко на вестибуларния механизъм.
На Земята при обичайни условия отолитите на вестибуларния апарат притискат нервните окончания, като по този начин подтикват мозъка ни къде са горната и долната част, ориентирайки човешкото тяло в пространството.
Тегло и безтегловност
Съвсем друга работа е, когато тялото не тежи нищо. Всички процеси в него протичат по различен начин. Поради липсата на натиск от отолитите възниква нарушение на ориентацията в пространството. Понятието "горе" и "долу" в пространството напълно изчезва. Липсата на физическа активност също вреди на човешкото тяло. В това състояние мускулната тъкан ще атрофира, ако не се вземат мерки. Костната тъкан също страда от разграждането си. При липса на натоварване, по-малко фосфор влиза в костите на тялото.
Затруднено хранене и преглъщане на течности. В същото време всички течности са склонни да приемат сферична форма, което прави ежедневните неща много трудни. Дори обикновената хрема при нулева гравитация може да бъде много трудно изпитание за тялото поради факта, че храчките не се отстраняват от гравитацията, а образуват сферични капки.
За да поддържат необходимия тонус, астронавтите непрекъснато тренират по няколко часа на ден. При сън те се връзват със специални ремъци, за да не се наранят по време на сън.
За хранене на астронавтите е разработена специална храна в тръбички и хляб, който не се рони.
Преди да изпита дълго време безтегловност, човек трябва да усети нейния ефект върху земята, за да разбере как отсъствието на гравитация ще му се отрази в бъдеще.
