無重力がどのように発生するか。地球と宇宙の無重力。動きの速いエレベーターでの体重の4つのケース

スライド2

目的：無重力の概念を複雑な形で与えること目的：この現象のメカニズムを理解すること。このメカニズムを数学的および物理的に説明します。無重力についていくつかの興味深い事実を教えてください。無重力状態が宇宙船やステーションなどの人々の健康にどのように影響するかを理解すること、つまり無重力を生物学的および医学的観点から見ること。

スライド3

体重-地面に引き付けられるために、体がサポートまたはサスペンションに作用する力。ニュートンのIII法則によると：Р=-Fу（1）（図1）; 2）また、ニュートンのIII法によれば、Fт=-Fу（2）; 3）式1と2を比較すると、次のようになります。P= FT; 4）ニュートンのIIの法則によれば、質量mの物体が重力Ftと弾性力FUの作用下で加速度aで移動すると、等式が満たされます。FT+ FU = ma 5）方程式P = -FUおよびFtから+ Fy = ma次のようになります：P = Ft-ma = mg-ma、またはP = m（g-a）。 6）OY（図2）：Py = m（gУ-aУ）またはP = m（g-a）。

スライド4

動きの速いエレベーターでの体重の4つのケース

加速エレベータの体重について話すとき、通常、次の3つのケースが考慮されます。エレベータは上向きの加速度で移動します（P> mg、P = mg + a）エレベータは下向きの加速度で移動します（P

スライド5

そして、人が天井を歩くことができるように、エレベーターはどのように動くべきですか？エレベータは大きなgの加速度で移動する必要があります。加速度aがgに等しくなると、重みはゼロに等しくなります。加速度をさらに上げると、体重の方向が変わると考えられます。

スライド6

重量体がサポートと一緒に自由に落下する場合、a = gであり、式P = m（g --a）から、P = 0になります。サポートが統合された落下の加速に伴って移動するときの重量の消失。無重力と呼ばれます。無重力には2つのタイプがあります。静的無重力-重力の弱化により天体から遠く離れた場所で発生する減量。 2）動的無重力-人が軌道上を飛行している状態。

スライド7

ダイナミックな無重力の出現

スライド8

外力の影響下にある物体は、次の場合に無重力状態になります。1）物体に作用する力が大きい（重力）だけである。これらの質量力の場は局所的に均一です。体のすべての粒子の初速度は、絶対値と方向が同じです。

スライド9

無重力の炎無重力では、ろうそくの炎は球形になり、青い色になります地球上のろうそくの炎無重力の炎

スライド10

無重力で液体を沸騰させる無重力では、沸騰ははるかに遅いプロセスになります。ただし、液体の振動により、液体が急激に沸騰する可能性があります。この結果は、宇宙産業に影響を及ぼします。地球上の沸騰したお湯無重力で沸騰したお湯

スライド11

人間と無重力無重力に関連する問題を解決する方法：筋力トレーニング、電気筋肉刺激、下半身に加えられる負圧、薬理学的およびその他の手段。宇宙船に搭載された人工重力の作成。筋活動を制限する、体の垂直軸に沿った通常のサポートを奪う、血液の静水圧を下げるなど。

スライド12

宇宙アメリカの軌道ステーション「スカイラブ」（英語のスカイラブ、つまりスカイラボから）における生命活動の問題の調査

スライド13

無重力手術ボルドーのドミニク・マーティン教授が率いるフランスの医師は、世界初の無重力手術を行いました。実験は、特別装備のモジュールでA-300旅客機に搭載されて実施されました。それには、3人の外科医と2人の麻酔科医が関与し、無重力状態で患者の腕の脂肪腫（ボランティア）、46歳のPhillipSanshoを切除しなければなりませんでした。

スライド14

結論無重力は、体がサポートと一緒に自由に落下するときに発生します。体とサポートの加速度は重力の加速度に等しい。無重力には、静的と動的の2つのタイプがあります。無重力状態は、地上条件で実装するのが困難または不可能ないくつかの技術プロセスを実装するために使用できます。宇宙船の耐火性を評価し、特別な消火手段を開発するには、無重力での炎の研究が必要です。

スライド15

まとめ宇宙での液体の沸騰プロセスを詳細に理解することは、大量の液体燃料を搭載した宇宙船の運用を成功させるために非常に重要です。無重力が身体に及ぼす影響は、その重要な機能の数に変化をもたらすため、マイナスになります。これは、宇宙船に人工重力を作成したり、宇宙飛行士の筋肉活動を制限したりすることで修正できます。人は無重力状態で宇宙空間で手術を受けることができます。これは、ボルドーのドミニク・マーティン教授が率いるフランスの医師によって証明されました。

スライド16

スライド17

ご清聴ありがとうございました！

すべてのスライドを表示

おそらく、私たち一人一人が私たちの生活の中で無重力の感覚を経験しました。無重力とは何か、それがどのように達成され、どこで感じることができるかを見てみましょう。

無重力とは何かという質問に答えるとき、多くの人は重力と自由飛行の可能性を思い出します。天井を歩いたり、物体を飛ばしたり、宇宙飛行士はこの感覚を最も頻繁に経験します。

無重力の概念を議論するために、私は問題の科学的部分と物理現象について議論することを提案します。地球上では、物体や生物には引力（重力）があります。したがって、オブジェクトが移動している、または静止している場合、オブジェクトの重力の圧力が表面にあります。

無重力とは、表面との相互作用の力が非常に小さく、互いに圧力がかからない状態です。多くの場合、無重力を決定するとき、重力または微小重力の概念が使用されます。

無重力と重力についての興味深い事実

あなたと私は無重力について何を知っていますか、この現象をどのように特徴づけることができますか？

不便。

現在、無重力の現象は十分に研究されており、多くの疑問を提起することはありません。飛行前に、宇宙飛行士は無重力のために体の準備を長期間受けます、そしてそれにもかかわらず、重力の欠如は体にかなり大きなストレスをもたらします。

無重力現象の主な違反は、体内の体液、特に血液の圧力の変化に見られます。さらに、不快感を引き起こす筋骨格系への習慣的な負荷はありません。宇宙飛行士が宇宙ステーションに運ばれた後、飛行前の長い月の準備にもかかわらず、彼の体はしばらくの間適応期間を経ます。

無重力が体に与える影響

通常、体の適応期間は7〜10日間続きます。その結果、宇宙飛行士は重力が不足しているために体重が減り、作業能力が低下し、全身の倦怠感が増します。組織内の元素の比率も変化する可能性があります。宇宙に長く滞在した後、無重力のために人は数センチになることがあります。その結果、神経の挟み込み、筋肉や関節のさまざまな痛みが現れることがあります。

栄養。

今日、宇宙飛行士は非常に多様な食事をしています。食事は、アルミニウム管に詰められた凍結乾燥食品で構成されています。ほとんどすべての食品はピューレの形をしています。食事と容器は、パン粉と目との接触を避けるように考えられています。クッキーは噛まないように小さくし、上に殻をかぶせています。

理論と実践で無重力感を体験する方法

無重力感は宇宙で十分に体験できますが、そのためにはこの職業を選び、何年にもわたって準備する必要があります。しかし、無重力感は、取るに足らないものではありますが、地球上で体験することができます。

地球上では、無重力は次のようにモデル化できます。宇宙飛行士は、実験と訓練のために、重力のみの効果を持つ特殊な航空機を使用して、最大40秒間無重力状態を作成しました。航空機の軌道は放物線に従います。このような感覚は、遊園地の特別なシミュレーターで体験できるようになりました。肝心なのは、高さが急速に上昇し、その後急激に低下し、自由落下、無重力感を引き起こしているということです。

航空機の着陸時や車内での民間航空の飛行でも同様の感覚があり、上から下への動きが急激に低下します。

また、高層階に急停止する最新の高速エレベータでは、転倒直前のジャンプから空中にトランポリンでジャンプすることで、同様の感覚を得ることができます。

現在、これらのニーズに合わせて特別に装備されたIL-76航空機でこの感覚を体験できる無重力の特別なシミュレーターがあります。これは、宇宙飛行前の宇宙飛行士による過負荷をテストするために設計された特別な実験室です。飛行中、高度は急激に上昇し、高度8〜9 kmでパイロットはエンジンの電源を切り、航空機が慣性で移動できるようにします。重力が慣性力と等しくなると、無重力状態になります。飛行中、グループは航空機内でこれらの無重力感のいくつかを経験します。このようなフライトの費用は個別であり、遠足、宇宙食などと組み合わせることができます。

結論

無重力の現象は、基本的には宇宙で体験できますが、文字通り数秒続きますが、飛行機、アトラクション、エレベーター、トランポリンでも定期的に体験しています。

無重力-物質体が位置し、重力のみの作用下で地球（または他の天体）の重力場内を自由に移動している状態。区別します。 H.の状態の特徴は、H。が体の粒子に作用するときがexであるということです。力（重力）は、互いに体の粒子の相互圧力を引き起こしません。

物体が水平面上の地球の重力場で静止しているとき、それはそれに数値的に等しいが反対方向の力、つまり平面の反応によって作用されます。その結果、本質的な価値観が身体に生じます。お互いに体の粒子の相互圧力の形での努力。人体はそのような内部を知覚します。彼の習慣的な体重の状態としての努力。これらのint。飛行機の反応の作用による努力。反応は表面的な力、つまり体の表面のある部分に直接作用する力です。体の他の粒子に、この力の作用はそれらに隣接する粒子の圧力によって伝達され、それが体内の対応する内部粒子を引き起こします。尽力。同様のint。力は、他の表面力が体に作用するときに発生します。牽引力、媒体の抵抗力などです。表面力が重力よりも数値的に大きい場合、それに応じて内力も大きくなります。力。これは過負荷の現象を引き起こし、たとえばロケットの始点に場所があります。

重力は質量力であり、表面力とは異なり、物体の各粒子に直接作用します。したがって、重力だけが物体に作用する場合、それらは物体の各粒子に直接同じ加速度を与え、これらの粒子は互いに圧力をかけることなく自由に動きます。体は状態Hにあります。

一般に、H。の状態は、次の場合に発生します。a）体に作用する外部。力は巨大です（重力）。 b）これらの質量力の場は局所的に均一です。つまり、場の力は、加速度の大きさと方向が同じである各位置にある物体のすべての粒子に与えます。これは、重力場で移動するときに実際に発生します。体の寸法が地球の半径と比較して小さい場合、地球; 初めに。物体のすべての粒子の速度は、絶対値と方向が同じです（物体は前進しています）。

たとえば、宇宙。飛ぶ。対応する始まりを受け取った装置（または衛星）とその中のすべての物体。速度、自由軌道と実質的に同じ加速度で軌道に沿って重力の作用下で移動し、物体自体も粒子も相互に圧力をかけません。つまり、H状態です。装置、その中の体はどこでも静止したままにすることができます（空間に自由に「ぶら下がる」）。 Nの下での重力は体のすべての粒子に作用しますが、外部には作用しません。表面力、ライ麦は互いに粒子の相互圧力を引き起こす可能性があります。 intに注意してください。外部によって引き起こされたのではなく、異なる性質の努力。たとえば、影響します。人体の分子間力、熱力、筋肉力もHで発生する可能性があります。

H.は多くの身体に大きな影響を与える可能性があります。現象。たとえば、容器に注がれた液体では、分子間相互作用の力は、重量による圧力と比較して「地球」の状態では小さく、メニスカスの形状にのみ影響します。 H.では、これらの力の作用により、密閉された容器に入れられた湿潤液体が容器の壁に沿って均等に分配され、空気が存在する場合は容器の中央部分を占め、非湿潤であるという事実につながります。液体は容器内でボールの形をとります。容器から注がれた液体の滴も崩壊してボールになります。

結果とは。 H.条件と、デバイスとAESユニットが作成およびデバッグされる「地上」条件との違い。飛ぶ。宇宙船とそのキャリアロケットであるH.の問題は、宇宙工学の他の問題の中でも重要な位置を占めています。したがって、H。の条件では、物理的に使用されるデバイスおよびデバイスは不適切です。振り子または流体の自由な流れなど。Hの計算は、たとえばエンジン内で行われる、流体で部分的に満たされたコンテナを持つシステムで特に重要になります。宇宙での複数回のスイッチオン用に設計された、液体ボーンジェットエンジンを備えた設備。フライト。他の多くの技術も登場しました。問題。

居住空間の飛行中のH.条件の特性を考慮することは特に重要です。船は、H。の人間の生活の状態が通常の「地上の」状態とは大きく異なり、彼の重要な機能の数に変化をもたらすためです。しかし、彼はそうします。訓練と予防措置により、人はHにとどまり、うまく働くことができます。

また、非常に長い場合も想定されます。軌道（地球近傍）または惑星間ステーションでの飛行は芸術を生み出すことができます。「重さ」、たとえば、中央を中心に回転するキャビン内の作業室の配置。駅の一部。これらのキャビン内のボディはキャブの側面に押し付けられ、エッジは「フロア」の役割を果たし、ボディに適用されたこの「フロア」の反応がアートを生み出します。「重さ」。

宇宙では、無重力は生命と活動の一定の条件です。これは、人類が住む環境から宇宙をはっきりと区別します。地球上では、人は常に重力に苦しんでいるため、自重の減少は珍しく、無重力状態にあるという経験はありません。

はい、時々無重力状態を経験する可能性があります。たとえば、飛行機の飛行中、「エアポケット」に落ちたり、突然高度を失ったりした場合です。無重力感は落下傘兵にはよく知られています。 無重力-身体とサポートの相互作用の力がない状態。

宇宙船に搭載された無重力条件下では、多くの物理的プロセス（対流、燃焼など）は地球とは異なる方法で進行します。重力がないため、シャワー、トイレ、食品暖房システム、換気などのシステムの特別な設計が必要です。二酸化炭素が蓄積する可能性のある停滞ゾーンの形成を回避し、暖かい空気と冷たい空気の均一な混合を確実にするために、たとえばISSには多数のファンがあります。飲食、個人の衛生状態、機器の操作、そして一般的には通常の日常の活動にも独自の特徴があり、宇宙飛行士は習慣と必要なスキルを身に付ける必要があります。無重力の影響は、無重力で発射されるように設計された液体推進剤ロケットエンジンの設計で考慮されます。

無重力が人間に与える影響

地球の重力の状態から無重力の状態への移行中に、宇宙飛行士の大多数は、と呼ばれる生物の反応を観察します 宇宙酔い症候群..。症状に関しては、この状態は乗り物酔いに似ています：食欲不振、めまい、頭痛、唾液分泌過多、吐き気、時には嘔吐、空間的錯覚。これらの影響はすべて、通常、飛行の3〜6日後に消えます。人が宇宙に長く（数週間以上）滞在すると、重力の欠如が体に特定の負の変化を引き起こし始めます：急速な筋萎縮-結果として、筋肉は実際に人間の活動からオフになります体の身体的特徴が低下します。筋肉組織の活動の急激な減少の結果は、体による酸素消費量の減少です。結果として生じる過剰なヘモグロビンのために、ヘモグロビンを合成する骨髄の活動が低下する可能性があります。可動性の制限は骨のリン代謝を混乱させ、それが骨の強度の低下につながります。

無重力状態に陥った人体は、再建を始めます。その人は体重が減っています。まるで長時間ベッドに横になっているかのように全身がたるんでしまいます。骨はもろくなります-ここではストレスを感じません。筋肉はあまり機能しません。そして、怠慢から、すべての臓器が弱まります。数ヶ月寝ている人がまた歩くことを学んでいるようです。宇宙飛行士のニコラエフとセバスチャノフは、無重力状態で18日間過ごした後、最初はまったく立ち上がれませんでした。

無重力の有害な影響を減らすために、科学者はさまざまな手段を考え出しました：彼らは宇宙飛行士が主に抵抗バンドで宇宙でより多くの体育をすることを勧めます。宇宙飛行士のための特別な「ペンギン」ロードスーツを作成しました。これらのタイトフィットスーツには、体をボールに引き締めるゴムバンドが付いています。そのようなスーツで直立したままでいるために、あなたはいつもあなたの筋肉をわずかに緊張させなければなりません。そして、これはまさに彼らが弱体化しないように必要なものです。

軌道ステーションと「ランニングトラック」で作ります。泳ぎ去らないように、宇宙飛行士は伸縮性のあるストラップで留められています。彼らは宇宙飛行士の体重を交換し、彼のベルトと肩を床まで引き下げ、そして彼を「小道」に押し付けます。彼女は宇宙飛行士の下に逃げます。そして彼はそれに沿って前進します。特に最初の瞬間は、誰もが無重力に簡単に耐えられるわけではありません。彼らは逆さまに吊るされていたように思われます。吐き気を催す人もいます。初日-2人の宇宙飛行士は通常無重力に慣れます。

無重力は、宇宙船が軌道に入るときに発生します。しかし、重量の消失を重力の引力の消失と混同しないでください。たとえば、国際宇宙ステーション（高度350 km）では、地球よりもわずか10％少なくなっています。 ISSの無重力状態は、重力がないためではなく、最初の宇宙速度での円軌道の動きによって発生します。つまり、宇宙飛行士は7.9 km / sの速度で常に「前方に落下」しているように見えます。。

宇宙飛行士が地球上で無重力で訓練される方法

地上では、実験目的で、航空機が放物線軌道に沿って飛行しているときに、短期間の無重力状態（最大40秒）を作成することができます。この効果を実現するには、航空機は一定の下向き加速度g（過負荷ゼロ）を持っている必要があります。特別な曲技飛行の図（「空気に浸る」）を実行すると、長い間、このような過負荷（最大40秒）が発生する可能性があります。パイロットは、11,000メートルの標準飛行高度で高度を急激に下げます。これにより、必要な40秒の「無重力」が得られます。胴体の内部には、将来の宇宙飛行士が訓練するための部屋があります。壁には、登ったり降りたりするときの怪我を防ぐために、特別な柔らかいコーティングが施されています。着陸時に民間航空のフライトで飛行するときも、同様の無重力感を経験します。しかし、飛行の安全性と航空機構造への大きな負荷のために、民間航空は徐々に高度を下げ、数回のスパイラルターンを延長します（飛行高度11 kmから接近高度約1〜2 km）。それらの。降下は数回のパスで行われ、その間、乗客は数秒間だけシートから持ち上げられていると感じます。無重力状態は、空気抵抗がまだ小さい大気中の物体の自由落下の最初の瞬間に感じることができます。

私たちは皆、無重力について聞いたことがあります。この言葉で、私たちは宇宙飛行士が宇宙ステーションの中に自由に浮かんでいると想像します。一見単純な質問に答えてみましょう：この非常に無重力とは何ですか？
体重ではありません。つまり、体には体重がありません。つまり、無重力とは何かを正しく理解するためには、体重とは何かを明確に理解する必要があります。

重量-重力の場で発生する落下を防ぐ、サポート（またはサスペンションまたは他のタイプのアタッチメント）に対する身体の作用力。次の式で定義されます。

P = mg、どこ：

NS- 体重、 NS-体重、g-自由落下加速度。

重量値は、重力による加速度に比例します。重力は、地表からの高さに依存し、回転により、測定ポイントの地理座標にも依存します。

システムが動くと、ボディ-加速度のある慣性座標系に対するサポート（またはサスペンション） NS重量は、この物体に作用する重力と一致しなくなります。

P = m（g-a）

地球の自転の結果として、緯度方向の重量の減少があります。赤道では、極よりも約0.3％少なくなります。

ニュートンの第3法則によれば、身体はサポート（サスペンション）に作用するだけでなく、サポート（サスペンション）も次のような力で身体に作用することに注意してください。 サポート（サスペンション）の反力。 この力は、数値的には物体の重量に等しく、重力の作用とは反対の方向を向いています。次に、物体は、大きさが等しく方向が反対の2つの力の影響を受けます。つまり、結果はゼロに等しくなります。これは、物体が静止しているか、均一かつ直線的に移動していることを意味します。

したがって、無重力（無重力）は、不在重力引力に関連して発生する、物体とサポート（またはサスペンション）との相互作用の力、他の質量力の作用、特に物体の加速運動中に発生する慣性力。

次に、体とその支持体の両方が重力の場に落ちた場合に何が起こるかを考えてみましょう。そうすると、サポートとボディの両方が同じ速度で移動するため、ボディはこのサポートをその質量で押すことはありません。つまり、サポートに作用しません。つまり、ボディの重量（サポートに作用する力）はゼロに等しくなります。これは実際にはどこで観察できますか？ロープから落ちてシャフトに自由に落ちるエレベータかごを想像してみてください。キャブと助手席の両方が同じ加速度で移動します g = 9.8 m / s 2..。そうすると、乗客はエレベータの床で行動しなくなります。つまり、無重力状態になります。そうすれば、彼はエレベータかごの空間に自由に浮かぶことができるようになります。当然、この実験は通常、被験者の死をもたらします。しかし、もっと身近な状況があります。エレベータが下降し始めたとき（つまり、加速された速度で移動し、通常の速度を上げているとき）、体はまだこの速度に達しておらず、床をほとんど押さないため、重量はほとんどありません。そして、エレベータが加速して均等に動くと、それに伴って均等に動くので、いつものように、体を支え（エレベータの床）に押し付けると、無重力状態にはなりません。

地球を周回する宇宙船での飛行は、地球への絶え間ない落下にすぎません。簡単に言えば、デバイスは非常に高速（約8 km /秒）で軌道上を移動し、地球に（垂直に）落下します。地球の球体性のために、水平方向にそのような距離を通過することができます。、その表面までの距離は減少しません。体は落ちずに落ちます。逆説？現実！

つまり、宇宙船のキャビンはロープから落ちたのと同じエレベーターです。そして、その中のすべての体は無重力状態を経験します。それらは宇宙船のコックピットに自由に浮かんでいますが、いくつかの興味深い効果があります。これについては次の投稿の1つで説明します。

地球上で宇宙飛行士を訓練するために、私たちは短時間で無重力状態を作り出すことができます。特別な飛行機は双曲線軌道に沿って潜ります。つまり、実際には加速度gで落下し、コックピット内の人々は同じ加速度で落下します。つまり、彼らは無重力状態にあります。このようにして、約1分間無重力状態を作り出すことができます。その後、飛行機は潜水から登りに移り、再び潜水してすべてが繰り返されます。したがって、無重力は地球上に作成することができます。

それを理解することは非常に重要です重量と重さ厳密に言えば、体は同じではありませんが、日常生活では、体の質量に関しては「重量」の概念がよく使用されます。体重の定義はすでに上で与えられています。そして、物体の質量は、その慣性の尺度です。つまり、この状態を変更しようとしている他の物体にさらされたときに、静止状態または均一な直線運動を維持する能力です。物体の相互作用は、力などの値によって特徴付けられます。力で体にさらされたとき NS、加速度が報告されます NS重量依存 NS:

a = F / m。

体重が多いほど、加速度が少なくなることがわかります。 , 同じ大きさの力で彼に伝えた。これを最初に地球で、次に宇宙船（無重力）でチェックしようとすると、どちらの場合もこのルールが満たされていることがわかります。 つまり、体重と体重は同じものではありません。体重が減ることはありますが、体重は常に維持されます。確かに、相対論的力学では、物体の質量は変化する（無限大まで増加する）可能性がありますが、これはまったく別の話ですが、いつの日か私たちの検討対象にもなります。

それまで、またお会いしましょう。「マルチレター」はすべての人に与えられるのではなく、最も好奇心の強い人にのみ与えられるので、最後まで読んでくれたすべての人に感謝します。