Nesvarumas – tiksliau mikrogravitacija – tai ypatinga būsena už žemės (ar bet kurios kitos) gravitacijos ribų, kai jos praktiškai nejaučiama, o astronauto kūnas yra nepaliaujamo laisvo kritimo būsenoje. Nesvarumą galima patirti, pavyzdžiui, laisvai krintant lifte ar lėktuve (tokie akrobatiniai lėktuvai naudojami dirbtinio nesvarumo treniruotėms), arba Žemės orbitoje, Tarptautinėje kosminėje stotyje. Ilgalaikis nesvarumo režimas kenkia astronautų fizinei būklei, todėl mokslininkai tiria, kaip sumažinti raumenų ir kaulų masės nykimo greitį mikrogravitacijoje, siekiant apsaugoti būsimus keliautojus į Marsą ir už Žemės ribų. Žodžiu, šeši mėnesiai, praleisti orbitoje, sukelia negrįžtamus pokyčius žmogaus organizme.
Ilgas buvimas nesvarumo būsenoje sukelia sveikatos problemų – tai faktas. Pavyzdžiui, žmonės jau žino, kad astronautai, skrisdami į kosmosą, gali patirti įvairiausių medicininių problemų, įskaitant raumenų atrofiją, kalcio trūkumą, širdies ir plaučių sutrikimus, regos sutrikimus ir net susilpnėjusį imunitetą. Mičigano Henry Fordo ligoninės mokslininkai į šį sąrašą įtraukė dar vieną problemą – įrodyta, kad nesvarumas ardo sąnarius, kurie neatsistato net grįžę į Žemę.
Svoris kaip jėga, kuria bet koks kūnas veikia paviršių, atramą ar pakabą. Dėl Žemės gravitacinės traukos yra svoris. Skaičiais svoris lygus gravitacijos jėgai, tačiau pastaroji taikoma kūno masės centrui, o svoris – atramai.
Nesvarumas – nulinis svoris, gali atsirasti, jei nėra gravitacinės jėgos, tai yra, kūnas yra pakankamai nutolęs nuo masyvių objektų, galinčių jį pritraukti.
Tarptautinė kosminė stotis yra 350 km atstumu nuo Žemės. Šiuo atstumu gravitacinis pagreitis (g) yra 8,8 m/s2, tai tik 10% mažesnis nei planetos paviršiuje.
Praktiškai retai matai – gravitacinis efektas visada egzistuoja. TKS astronautus vis dar veikia Žemė, tačiau ten yra nesvarumo.
Kitas nesvarumo atvejis įvyksta, jei gravitaciją kompensuoja kitos jėgos. Pavyzdžiui, TKS veikia gravitacija, šiek tiek sumažinta dėl atstumo, bet taip pat stotis juda žiedine orbita pirmuoju kosminiu greičiu ir išcentrinė jėga kompensuoja gravitaciją.
Nesvarumas Žemėje
Nesvarumo fenomenas galimas ir Žemėje. Pagreičio įtakoje kūno svoris gali sumažėti ir net tapti neigiamas. Klasikinis fizikų pateiktas pavyzdys yra krintantis liftas.
Jei liftas juda žemyn su pagreičiu, sumažės slėgis lifto grindims ir atitinkamai svoris. Be to, jei pagreitis lygus laisvojo kritimo pagreičiui, tai yra, liftas krenta, kūnų svoris taps lygus nuliui.
Neigiamas svoris stebimas, jei lifto pagreitis viršija laisvojo kritimo pagreitį – viduje esantys kūnai „prilimpa“ prie kabinos lubų.
Šis efektas plačiai naudojamas imituojant nesvarumą treniruojant astronautus. Lėktuvas su mokymo kamera pakyla į nemažą aukštį. Po to jis neria žemyn balistine trajektorija, iš tikrųjų, mašina išsilygina žemės paviršiuje. Nardant iš 11 tūkstančių metrų galima gauti 40 sekundžių nesvarumo, kuris naudojamas treniruotėms.
Yra klaidingas supratimas, kad tokie žmonės atlieka sudėtingas figūras, pavyzdžiui, „Nesterovo kilpą“, kad įgytų nesvarumą. Tiesą sakant, mokymams naudojami modifikuoti serijiniai keleiviniai orlaiviai, kurie nesugeba atlikti sudėtingų manevrų.
fizinė išraiška
Fizinė svorio (P) formulė pagreitinto atramos judėjimo metu, nesvarbu, ar tai būtų krentantis liemenėlis, ar nardantis orlaivis, yra tokia:
kur m yra kūno svoris,
g yra laisvojo kritimo pagreitis,
a yra atramos pagreitis.
Kai g ir a yra lygūs, P=0, tai yra, pasiekiamas nesvarumas.
Kas yra nesvarumas? Sklandantys puodeliai, galimybė skristi ir vaikščioti ant lubų, lengvai perkelti net masyviausius objektus – tokia romantiška šios fizinės koncepcijos idėja.
Jei paklausite astronauto, kas yra nesvarumas, jis pasakys, kaip sunku pirmą savaitę stotyje ir kiek laiko reikia atsigauti grįžus, pripratus prie gravitacijos sąlygų. Kita vertus, fizikas greičiausiai praleis tokius niuansus ir matematiškai tiksliai atskleis sąvoką, naudodamas formules ir skaičius.
Apibrėžimas
Pažintį su reiškiniu pradėkime nuo mokslinės problemos esmės atskleidimo. Fizikas nesvarumą apibrėžia kaip tokią kūno būseną, kai jo judėjimas ar jį veikiančios išorinės jėgos nesukelia abipusio dalelių spaudimo viena kitai. Pastaroji mūsų planetoje visada atsiranda, kai objektas juda arba stovi: jį veikia gravitacijos slėgis ir priešinga paviršiaus, ant kurio yra objektas, reakcija.
Šios taisyklės išimtis yra atvejai, tai yra kritimas tokiu greičiu, kurį kūnui suteikia gravitacija. Tokiame procese nėra dalelių spaudimo viena kitai, atsiranda nesvarumas. Fizika sako, kad būsena, kuri atsiranda erdvėlaiviuose, o kartais ir lėktuvuose, grindžiama tuo pačiu principu. Nesvarumas šiose transporto priemonėse atsiranda, kai jos juda pastoviu greičiu bet kuria kryptimi ir tuo pačiu yra laisvo kritimo būsenoje. Dirbtinis palydovas arba pristatomas į orbitą naudojant nešančiąją raketą. Tai suteikia jiems tam tikrą greitį, kuris palaikomas įrenginiui išjungus savo variklius. Tokiu atveju laivas pradeda judėti tik veikiamas gravitacijos ir atsiranda nesvarumas.
Namai
Skrydžių pasekmės astronautams tuo neapsiriboja. Grįžę į Žemę, jie dar kurį laiką turi prisitaikyti prie gravitacijos. Kas yra nesvarumas astronautui, baigusiam skrydį? Visų pirma, tai yra įprotis. Sąmonė dar kurį laiką atsisako priimti gravitacijos buvimo faktą. Dėl to neretai astronautas, užuot padėjęs puodelį ant stalo, tiesiog jį paleidžia ir klaidą suvokia tik išgirdęs ant grindų sudaužytų indų žvangėjimą.
Mityba
Viena iš nelengvų ir kartu įdomių pilotuojamų skrydžių organizatorių užduočių – patogia forma aprūpinti astronautus maistu, kurį organizmas lengvai virškina nesvarumo įtakoje. Pirmieji eksperimentai nesukėlė didelio įgulos narių entuziazmo. Šiuo atžvilgiu orientacinis atvejis, kai amerikiečių astronautas Johnas Youngas, priešingai nei griežti draudimai, į laivą atsinešė sumuštinį, kurio jie nevalgė, kad dar labiau nepažeistų chartijos.
Iki šiol nėra problemų dėl įvairovės. Rusijos kosmonautams prieinamų patiekalų sąraše yra 250 prekių. Kartais stotyje startuojantis krovininis laivas pristato šviežią patiekalą, kurį užsakė kažkas iš komandos.
Dietos pagrindas – Visi skysti patiekalai, gėrimai, bulvių košė supakuoti į aliuminio vamzdelius. Produktų talpa ir apvalkalas yra apgalvoti taip, kad neatsirastų trupinių, plūduriuojančių be gravitacijos ir kurie galėtų patekti į akis. Pavyzdžiui, sausainiai daromi pakankamai maži ir padengiami burnoje tirpstančiu apvalkalu.
Pažįstama aplinka
Tokiose stotyse kaip TKS jie stengiasi visas sąlygas pritaikyti įprastoms antžeminėms. Tai yra nacionaliniai patiekalai meniu, o oro judėjimas būtinas ir kūno funkcionavimui, ir normaliam įrangos veikimui, ir netgi grindų ir lubų žymėjimui. Pastarasis turi daugiau psichologinės reikšmės. Nulinės gravitacijos astronautui nerūpi, kokioje padėtyje dirbti, tačiau sąlyginių grindų ir lubų skyrimas sumažina orientacijos praradimo riziką ir prisideda prie greitesnio prisitaikymo.
Nesvarumas yra viena iš priežasčių, kodėl ne visi laikomi astronautais. Adaptacija atvykus į stotį ir grįžus į Žemę prilygsta aklimatizacijai, sustiprintai kelis kartus. Silpnos sveikatos žmogus tokio krūvio gali neatlaikyti.
Gyvename laikais, kai erdvėlaivių skrydžiai aplink Žemę, į Mėnulį ir kitas Saulės sistemos planetas nebestebina. Žinome, kad skrydžio metu kosmonautai ir visi erdvėlaiviuose esantys objektai yra ypatingoje būsenoje, vadinamoje nesvarumo būsena. Kokia tai būsena ir ar ją galima stebėti Žemėje? Nesvarumas yra sudėtingas fizinis reiškinys. Norint tai suprasti, reikia prisiminti kai ką iš fizikos kurso.
Taigi kūno svoriu turime omenyje jėgą, kuria kūnas dėl traukos į Žemę spaudžia atramą.
Ir įsivaizduokite, kad atrama ir kūnas krinta laisvai. Juk atrama taip pat yra kūnas, kurį veikia gravitacijos jėga. Koks bus kūno svoris šiuo atveju: kokia jėga kūnas veiks atramą?
Padarykime eksperimentą. Paimkime nedidelį korpusą ir pakabinkime jį ant spyruoklės, pritvirtintos prie fiksuotos atramos. Veikiamas gravitacijos kūnas pradeda judėti žemyn, todėl spyruoklė tempiama tol, kol joje atsiranda tamprumo jėga, kuri subalansuoja gravitacijos jėgą. Jei nukirpsite siūlą, laikantį spyruoklę su korpusu, spyruoklė su korpusu nukris. Matyti, kad per rudenį spyruoklės įtempimas dingsta, ji grįžta į pradinį dydį.
Kas atsitinka? Kai nukrenta spyruoklė su korpusu, ji lieka neįtempta. Tai yra, krintantis kūnas neveikia kartu su juo krintančios spyruoklės. Šiuo atveju kūno svoris lygus nuliui, tačiau kūnas ir spyruoklė krenta, vadinasi, gravitacijos jėga juos vis tiek veikia.
Lygiai taip pat, jei kūnas ir stovas ar atrama, ant kurios guli kūnas, krinta laisvai, kūnas nebedarys spaudimo stovui ar atramai. Tokiu atveju kūno svoris bus lygus nuliui.
Panašūs reiškiniai stebimi ir erdvėlaiviuose bei palydovuose. Palydovas, besisukantis aplink Žemę, astronautas ir visi palydovo viduje esantys kūnai nuolat krinta laisvai (atrodo, kad jie krenta į Žemę). Dėl to kūnai kritimo metu nespaudžia atramos ir neištempia spyruoklės. Sakoma, kad tokie kūnai yra nesvarumo būsenoje („nėra svorio“, svoris lygus nuliui).
Erdvėlaivyje nepritvirtinti kūnai „plaukia“ laisvai. Į indą pilamas skystis nespaudžia indo dugno ir sienelių, todėl neišteka pro indo angą. Laikrodžio švytuoklės stovi bet kurioje padėtyje. Astronautui nereikia jokių pastangų, kad ranka ar koja būtų ištiestoje padėtyje. Jis neįsivaizduoja, kur yra aukštyn, o kur žemyn. Jei kūnui suteikiamas greitis, palyginti su palydovo kabina, jis judės tiesia linija ir tolygiai, kol susidurs su kitais kūnais.
svetainę, visiškai ar iš dalies nukopijavus medžiagą, būtina nuoroda į šaltinį.
Išsamesnė informacija apie tai, kas tai yra ir kur tai galima pajusti, bus aptarta šiame straipsnyje.
statinis
Yra du nesvarumo tipai. Tai statiška – stebima tolstant nuo didelės masės objekto. Pavyzdžiui, kūnas, nuskridęs nemažą atstumą nuo planetos. Reikėtų suprasti, kad jo svoris visiškai neišnyksta.
Faktas yra tai, kad masyvių objektų, tokių kaip planetos ir žvaigždės, gravitacija, nors ji mažėja didėjant atstumui, visiškai neišnyksta. Jo veikimas tęsiasi be galo toli į visus visatos kampelius, atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui. Tai išplaukia iš nesvarumo apibrėžimo.
Taigi iš gravitacinio lauko veikimo zonos išeiti neįmanoma.
Dinamiškas
Kitas nesvarumo tipas yra dinamiškas. Jį nuolatos išbando astronautai ir pilotai. Masyvaus objekto gravitacinio lauko veikimą galima neutralizuoti laisvu kritimu ant jo. Norėdami tai padaryti, objektas turi įgyti tam tikrą greitį ir tapti palydovu.
Įgijęs reikiamą greitį, palydovas pradeda judėti į nuolatinio laisvo kritimo būseną. Jo viduje esantys objektai bus nesvarumo būsenoje. Šis greitis vadinamas pirmuoju kosminiu.
Pavyzdžiui, Žemės planetoje greitis yra apie 8 kilometrai per sekundę. Saulei – jau 640. Viskas priklauso nuo objekto masės ir jo tankio. Tuose, kur tankis siekia šimtus milijonų tonų kubiniame centimetre, kosminis greitis artėja prie šviesos greičio.
Nesvarumas Žemėje
Pasirodo, nesvarumo būseną galite patirti nepalikdami planetos. Tiesa, labai trumpam. Pavyzdžiui, automobilio keleivis, važiuojantis lenktu tiltu, kurį laiką patirs nesvarumą tilto iškilimo viršuje.
Keleiviai, keliaujantys viešuoju transportu duobėtu keliu, nuolat patiria nesvarumo efektą kiekvieną kartą autobusui įvažiavus į duobę ar guzą. Trumpą laiką jie yra laisvo kritimo būsenoje.
Pramogos
Pastaruoju metu pramogų industrijoje atsirado specialios treniruočių aikštelės, kuriose nesvarumo jausmą gali patirti kiekvienas.
Perėjus medicininę komisiją ir sumokėjus tam tikrą pinigų sumą, galima įsėsti į lėktuvą, skrendantį bangą primenančia trajektorija, o piko metu pusę minutės gali patirti neįprastas nesvarumo jausmas.
Lėktuvo pilotas domofonu praneša apie nesvarumo pradžią. Tai būtina saugumo sumetimais. Faktas yra tas, kad po laisvo kritimo lėktuvas sparčiai auga aukštyje. Tuo pačiu metu žmonės laive patiria diametraliai priešingą efektą – perkrovą.
Kartais ši vertė tris kartus viršija laisvojo kritimo pagreičio vertę. Kitaip tariant, kūno svoris be gravitacijos bus tris kartus natūralesnis. Su tokiu kūno svoriu krintant iš kelių metrų aukščio susižaloti labai lengva.
Šiuo tikslu specialiai apmokyti instruktoriai sėdi lėktuve nesvarumo skyriuje. Jų užduotis – laiku nuleisti ant lėktuvo grindų tuos žmones, kurie nespėjo laikytis nurodyto laiko intervalo.
Per vieną orlaivio skrydį kyla pakilimų ir nuosmukių serija iki dvidešimties kartų.
Pavyzdžiui, Rusijoje tiems, kurie nori pajusti nesvarumą, yra speciali centrifuga, kuri yra kosmonautų ir lakūnų mokymo centre. Vėlgi, po medicininės apžiūros ir apie 55 tūkstančių rublių piniginio įnašo žmogus gali pajusti nesvarumo poveikį.
Poveikis žmogaus organizmui
Pagal apibrėžimą nesvarumas yra visiškai nekenksmingas žmogaus organizmui. Sunkumai prasideda, kai jie trunka kelias dienas, savaites ar mėnesius.
Daugeliu atvejų tai taikoma tik kosminių stočių gyventojams. Ilgą laiką laive buvę kosmonautai pradeda patirti didelį diskomfortą. Tai visų pirma dėl vestibuliarinio mechanizmo.
Žemėje pažįstamomis sąlygomis vestibiuliarinio aparato otolitai spaudžia nervų galūnes, taip mūsų smegenims nurodydami, kur yra viršus ir apačia, orientuodami žmogaus kūną erdvėje.
svoris ir nesvarumas
Visai kas kita, kai kūnas nieko nesveria. Visi procesai jame vyksta skirtingai. Dėl to, kad trūksta otolitų slėgio, pažeidžiama orientacija erdvėje. Sąvokos „aukštyn“ ir „žemyn“ erdvėje visiškai išnyksta. Fizinio aktyvumo trūkumas kenkia ir žmogaus organizmui. Šioje būsenoje raumenų audinys atrofuos, jei nebus imtasi veiksmų. Dėl jo irimo kenčia ir kaulinis audinys. Nesant apkrovos į organizmo kaulus patenka mažiau fosforo.
Sunku valgyti ir nuryti skysčius. Visi skysčiai tuo pačiu metu yra linkę įgauti sferinę formą, o tai labai apsunkina kasdienius dalykus. Net ir dažna sloga nesvarumo sąlygomis gali būti labai sunkus išbandymas organizmui dėl to, kad skrepliai išsiskiria ne gravitacijos būdu, o formuoja sferinius lašus.
Kad išlaikytų reikiamą tonusą, astronautai nuolat treniruojasi po kelias valandas per dieną. Eidami miegoti jie susisega specialiais dirželiais, kad nesusižalotų per miegus.
Astronautams maitinti buvo sukurtas specialus maistas tūbelėse ir duona, kuri netrupa.
Prieš ilgą laiką išgyvendamas nesvarumą, žmogus turi pajusti jo poveikį žemei, kad sužinotų, kaip gravitacijos nebuvimas paveiks jį ateityje.
