Kā rodas bezsvara stāvoklis. Bezsvara uz Zemes un kosmosā. Četri ķermeņa svara gadījumi ātri braucošā liftā
2. slaids
MĒRĶIS: Sniegt bezsvara jēdzienu sarežģītā veidā MĒRĶI: Izprast šīs parādības mehānismu; Raksturojiet šo mehānismu matemātiski un fiziski; Pastāstiet dažus interesantus faktus par bezsvara stāvokli; Lai saprastu, kā bezsvara stāvoklis ietekmē cilvēku veselību kosmosa kuģī, stacijā utt., Tas ir, paraudzīties uz bezsvara stāvokli no bioloģiskā un medicīniskā viedokļa.
3. slaids
Ķermeņa svars - spēks, ar kādu ķermenis, pateicoties pievilcībai zemei, iedarbojas uz balstu vai balstiekārtu. Saskaņā ar Ņūtona III likumu: Р = -Fу (1) (1. att.); 2) Arī saskaņā ar Ņūtona III likumu Fт = -Fу (2); 3) Salīdzinot izteiksmes 1 un 2, iegūstam: P = FT; 4) Saskaņā ar Ņūtona II likumu, kad m masas ķermenis pārvietojas gravitācijas Ft un elastīga spēka FU ietekmē ar paātrinājumu a, tiek izpildīta vienādība: FT + FU = ma 5) No vienādojumiem P = -FU un Ft + Fy = ma mēs iegūstam: P = Ft - ma = mg - ma, vai P = m (g - a). 6) OY (2. att.): Py = m (gУ - aУ) vai P = m (g - a).
4. slaids
Četri ķermeņa svara gadījumi ātri braucošā liftā
Runājot par ķermeņa svaru paātrinātā liftā, parasti tiek ņemti vērā trīs gadījumi: Lifts pārvietojas ar paātrinājumu uz augšu (P> mg, P = mg + a) Lifts pārvietojas ar paātrinājumu uz leju (P
5. slaids
Un kā vajadzētu pārvietoties liftam, lai cilvēks varētu staigāt pa griestiem? Liftam jāpārvietojas ar lielu g paātrinājumu. Kad paātrinājums a kļūst vienāds ar g, svars kļūst vienāds ar nulli. Ja paātrinājums tiek vēl vairāk palielināts, tad var pieņemt, ka ķermeņa svars mainīs virzienu.
6. slaids
SVARS Ja ķermenis kopā ar balstu brīvi krīt, tad a = g, un no formulas P = m (g - a) izriet, ka P = 0. Svara zudums, balstam pārvietojoties, paātrinot kombinēto kritienu sauc par bezsvara stāvokli. Pastāv divi bezsvara veidi: Statiskais bezsvara stāvoklis - svara zudums, kas notiek lielā attālumā no debess ķermeņiem gravitācijas pavājināšanās dēļ. 2) Dinamiskais bezsvara stāvoklis - stāvoklis, kādā cilvēks atrodas lidojuma laikā orbītā.
7. slaids
Dinamiskas bezsvara parādīšanās
8. slaids
Ķermenis ārējo spēku ietekmē būs bezsvara stāvoklī, ja: 1) spēki, kas iedarbojas uz ķermeni, ir tikai masīvi (gravitācijas spēki); Šo masu spēku lauks ir lokāli viendabīgs; Visu ķermeņa daļiņu sākotnējie ātrumi ir vienādi absolūtā vērtībā un virzienā.
9. slaids
Liesma nulles gravitācijas apstākļos Nulles gravitācijas gadījumā sveces liesmai ir sfēriska forma, un tai ir zila krāsa Sveces liesma uz Zemes liesmas bez gravitācijas
10. slaids
Šķidruma vārīšana bez gravitācijas Nulles gravitācijas gadījumā vārīšanās kļūst par daudz lēnāku procesu. Tomēr šķidruma vibrācijas dēļ tas var pēkšņi vārīties. Šis rezultāts ietekmē kosmosa nozari. Verdošs ūdens uz Zemes Verdošs ūdens bez gravitācijas
11. slaids
CILVĒKI UN SVARI Ar bezsvara problēmām saistītu problēmu risināšanas veidi: Muskuļu treniņi, muskuļu elektrostimulācija, negatīvs spiediens uz ķermeņa apakšējo pusi, farmakoloģiskie un citi līdzekļi; Mākslīgās gravitācijas radīšana uz kosmosa kuģa; Muskuļu aktivitātes ierobežošana, atņemot personai parasto atbalstu gar ķermeņa vertikālo asi, samazinot asiņu hidrostatisko spiedienu utt.
12. slaids
Vitālo aktivitāšu problēmu izpēte Amerikas kosmosa orbītas stacijā "Skylab" (no angļu valodas Skylab, tas ir, debesu laboratorijā)
13. slaids
Zero Gravity Surgery Francijas ārsti profesora Dominique Martin vadībā no Bordo veica pasaulē pirmo nulles gravitācijas operāciju. Eksperiments tika veikts uz lidmašīnas A-300 speciāli aprīkotā modulī. Tajā piedalījās trīs ķirurgi un divi anesteziologi, kuriem bija jānoņem taukains audzējs uz rokas pacientam - brīvprātīgajam - 46 gadus vecajam Filipam Sanšo bez gravitācijas.
14. slaids
Kopsavilkums Bezsvara stāvoklis rodas, kad ķermenis brīvi nokrīt kopā ar balstu, ti. ķermeņa un balsta paātrinājums ir vienāds ar gravitācijas paātrinājumu; Bezsvara ir divu veidu: statiska un dinamiska; Bezsvara var izmantot, lai īstenotu dažus tehnoloģiskus procesus, kurus sauszemes apstākļos ir grūti vai neiespējami īstenot; Liesmas izpēte nulles gravitācijas apstākļos ir nepieciešama, lai novērtētu kosmosa kuģa ugunsizturību un izstrādātu īpašus ugunsdzēšanas līdzekļus;
15. slaids
Kopsavilkums Detalizēta izpratne par šķidruma viršanas procesu kosmosā ir ārkārtīgi svarīga, lai veiksmīgi darbotos kosmosa kuģi, kas uz kuģa pārvadā tonnas šķidrā kurināmā; Bezsvara ietekme uz ķermeni ir negatīva, jo tā maina vairākas tā dzīvībai svarīgās funkcijas. To var labot, radot mākslīgo gravitāciju uz kosmosa kuģa, ierobežojot astronautu muskuļu aktivitāti utt.; Cilvēku var operēt kosmosā, bezsvara apstākļos. To pierādīja franču ārsti profesora Dominika Martina vadībā no Bordo.
16. slaids
17. slaids
PALDIES PAR UZMANĪBU!
Skatīt visus slaidus
Iespējams, katrs no mums savā dzīvē ir pieredzējis bezsvara sajūtu. Apskatīsim, kas ir bezsvara stāvoklis, kā tas tiek sasniegts un kur to var izjust.
Atbildot uz jautājumu par to, kas ir bezsvara stāvoklis, daudzi atcerēsies gravitācijas spēku un brīva lidojuma iespēju, staigājot pa griestiem, lidojošus objektus un astronautus, kuri visbiežāk piedzīvo šo sajūtu.
Lai apspriestu bezsvara jēdzienu, es ierosinu apspriest jautājuma zinātnisko daļu un fizisko parādību. Uz planētas Zeme objektiem un dzīvām būtnēm ir pievilkšanās spēks (gravitācija). Tādējādi, ja objekts kustas vai atrodas miera stāvoklī, uz virsmas ir objekta gravitācijas spiediens.
Bezsvara stāvoklis ir ķermeņa stāvoklis, kurā mijiedarbības spēks ar virsmu ir ievērojami mazs un nav spiediena uz otru. Bieži vien, nosakot bezsvara stāvokli, tiek izmantots smaguma vai mikrogravitācijas jēdziens.
Interesanti fakti par bezsvaru un smagumu
Ko jūs un es zinām par bezsvara stāvokli, kā mēs varam raksturot šo parādību?
Neērtības.
Pašlaik bezsvara parādība ir pilnībā izpētīta un nerada daudz jautājumu. Pirms lidojuma astronauti ilgstoši sagatavo ķermeni bezsvara stāvoklim, un, neskatoties uz to, smaguma neesamība rada ķermenim diezgan lielu stresu.
Galvenais bezsvara fenomena pārkāpums tiek novērots šķidruma, īpaši asiņu, spiediena izmaiņās organismā. Turklāt muskuļu un skeleta sistēmai nav pastāvīgas slodzes, kas rada diskomfortu. Pēc astronauta nogādāšanas kosmosa stacijā viņa ķermenis kādu laiku iziet adaptācijas periodu, neskatoties uz ilgajiem sagatavošanās mēnešiem pirms lidojuma.
Bezsvara ietekme uz ķermeni
Parasti ķermeņa adaptācijas periods ilgst 7-10 dienas. Tā rezultātā astronauti gravitācijas trūkuma dēļ zaudē svaru, samazinās to efektivitāte un palielinās vispārējais ķermeņa nogurums. Var mainīties arī elementu attiecība audos. Pēc ilgas uzturēšanās kosmosā cilvēks bezsvara dēļ var kļūt par dažiem centimetriem. Tā rezultātā var saspiest nervus, parādīties dažādas muskuļu un locītavu sāpes.
Uzturs.
Mūsdienās astronautiem ir ļoti daudzveidīgs uzturs. Diētu veido liofilizēti pārtikas produkti, kas iepakoti alumīnija caurulēs. Gandrīz viss ēdiens ir biezeņa veidā. Diēta un trauks ir pārdomāti tā, lai izvairītos no drupatas un to saskares ar acīm. Sīkdatnes tiek izgatavotas mazas, lai tās nekož, un pārklātas ar čaumalu uz augšu.
Veidi, kā teorētiski un praksē izjust bezsvara sajūtu
Bezsvara sajūtu var pilnībā izjust kosmosā, taču tam jums jāizvēlas šī profesija un jāgatavojas daudzus gadus. Tomēr bezsvara sajūtu uz Zemes var piedzīvot, kaut arī nenozīmīgu.
Uz Zemes bezsvara stāvokli var modelēt šādi. Eksperimentālos nolūkos un apmācībai kosmonauts līdz pat 40 sekundēm izveidoja nulles smaguma stāvokli, izmantojot īpašu lidmašīnu, kas ietekmēja tikai gravitācijas spēkus. Lidmašīnas trajektorija seko parabolei. Šādas sajūtas tagad var piedzīvot uz īpašiem simulatoriem, atrakciju parkos. Apakšējā līnija ir tāda, ka augstums strauji pieaug un pēc tam arī pēkšņi nokrīt, izraisot brīva kritiena, bezsvara sajūtu.
Līdzīgas sajūtas piedzīvojam civilās aviācijas lidojumos lidmašīnas nosēšanās laikā, kā arī automašīnā, strauji samazinot kustību no augšas uz leju.
Turklāt līdzīgas sajūtas var gūt, lecot uz batuta, atrodoties gaisā no lēciena tieši pirms nokrišanas, mūsdienīgos ātrgaitas liftos ar pēkšņu apstāšanos augstā stāvā.
Tagad ir īpaši bezsvara simulatori, kuros jūs varat izjust šo sajūtu uz lidmašīnas IL-76, kas īpaši aprīkota šīm vajadzībām. Šī ir īpaša laboratorija, kas paredzēta, lai pārbaudītu pārslodzes, tostarp astronautus pirms kosmosa lidojumiem. Lidojuma laikā augstums strauji kāpj, un 8–9 km augstumā pilots izslēdz dzinēju jaudu, tādējādi ļaujot lidmašīnai pārvietoties pēc inerces. Tieši tad, kad smaguma spēks kļūst vienāds ar inerces spēku, tiek sasniegts bezsvara stāvoklis. Lidojuma laikā grupa piedzīvo vairākas no šīm bezsvara sajūtām lidmašīnā. Šāda lidojuma izmaksas ir individuālas, un tās var apvienot ar ekskursiju, maltītēm kosmosā un daudz ko citu.
Secinājums
Bezsvara fenomenu būtībā var izjust, atrodoties kosmosā, bet mēs to periodiski piedzīvojam arī lidmašīnā, atrakcijā, liftā un pat uz batuta, lai gan tas ilgst burtiski sekundes.
SVARS- stāvoklis, kurā atrodas materiāls ķermenis, kas brīvi pārvietojas Zemes (vai jebkura cita debess ķermeņa) gravitācijas laukā tikai gravitācijas spēku ietekmē. Atšķirsies. H. stāvokļa īpatnība ir tāda, ka tad, kad H. iedarbojoties uz ķermeņa daļiņām, ir ex. spēki (gravitācijas spēki) neizraisa ķermeņa daļiņu savstarpēju spiedienu uz otru.
Kad ķermenis atrodas miera stāvoklī Zemes gravitācijas laukā uz horizontālas plaknes, uz to iedarbojas spēks, kas tam skaitliski vienāds, bet pretēji vērsts spēks - plaknes reakcija. Tā rezultātā ķermenī rodas iekšējās vērtības. centieni ķermeņa daļiņu savstarpēja spiediena veidā viens uz otru. Cilvēka ķermenis uztver šādu iekšēju. centieni kā viņam pierasts svara stāvoklis. Šīs int. centieni lidmašīnas reakcijas darbības dēļ. Reakcija ir virspusējs spēks, tas ir, spēks, kas iedarbojas tieši uz kādu ķermeņa virsmas daļu; uz citām ķermeņa daļiņām šī spēka darbību pārraida kaimiņu daļiņu spiediens uz tām, kas izraisa atbilstošās ķermeņa iekšējās. centieniem. Līdzīgs int. spēki rodas, kad uz ķermeņa iedarbojas citi virsmas spēki: vilces spēki, barotnes pretestības spēki utt. Ja virsmas spēks ir skaitliski lielāks par gravitācijas spēku, tad iekšējais spēks ir attiecīgi lielāks. spēki, kas izraisa pārslodzes fenomenu un kam, piemēram, ir vieta raķetes sākumā.
Smaguma spēks ir masas spēks un atšķirībā no virsmas spēkiem iedarbojas tieši uz katru ķermeņa daļiņu. Tāpēc, kad uz ķermeni iedarbojas tikai gravitācijas spēki, tie tieši piešķir vienādu paātrinājumu katrai ķermeņa daļiņai, un šīs daļiņas pārvietojas kā brīvas, neizdarot savstarpēju spiedienu; ķermenis atrodas stāvoklī H.
Kopumā H. stāvoklis rodas, ja: a) ārēji iedarbojoties uz ķermeni. spēki ir tikai masīvi (gravitācijas spēki); b) šo masu spēku lauks ir lokāli viendabīgs, tas ir, lauka spēki, kas visām ķermeņa daļiņām katrā tās pozīcijā piešķir vienādu paātrinājuma lielumu un virzienu, kas praktiski notiek, pārvietojoties gravitācijas laukā Zeme, ja ķermeņa izmēri ir mazi salīdzinājumā ar Zemes rādiusu; sākumā. visu ķermeņa daļiņu ātrumi ir vienādi absolūtā vērtībā un virzienā (ķermenis virzās uz priekšu).
Piemēram, kosmiskais. lidot. aparātu (vai satelītus) un visus tajā esošos ķermeņus, saņemot atbilstošo sākumu. ātrumu, pārvietojas gravitācijas spēku ietekmē pa savu orbītu ar praktiski tādiem paātrinājumiem kā brīvie, un ne paši ķermeņi, ne to daļiņas neizdara savstarpēju spiedienu viens pret otru, tas ir, tie atrodas H stāvoklī. ... aparātu, ķermenis tajā var palikt miera stāvoklī jebkurā vietā (brīvi "karāties" telpā). Lai gan gravitācijas spēki zem N. iedarbojas uz visām ķermeņa daļiņām, bet ne ārējās. virsmas spēki, rudzi var izraisīt daļiņu savstarpēju spiedienu. Ņemiet vērā, ka int. dažāda rakstura centieni, ko nav izraisījuši ārēji. ietekmē, piemēram. molekulārie spēki, termiskie, muskuļu spēki cilvēka ķermenī var notikt arī H.
H. var būtiski ietekmēt vairākus fiziskos. parādības. Piemēram, šķidrumā, kas ieliets traukā, starpmolekulārās mijiedarbības spēki, kas “zemes” apstākļos ir mazi salīdzinājumā ar spiediena spēkiem svara dēļ, ietekmē tikai meniska formu. H. šo spēku iedarbība noved pie tā, ka mitrinošais šķidrums, kas ievietots slēgtā traukā, ir vienmērīgi sadalīts gar trauka sienām, un gaiss, ja tāds ir, aizņem trauka vidusdaļu, bet nesamitrina šķidrums traukā izpaužas kā bumbiņa. Arī no trauka izlietie šķidruma pilieni sabrūk bumbiņās.
Sekas nozīmē. H. nosacījumu atšķirības no "sauszemes" apstākļiem, kuros tiek veidoti un atkļūdoti satelītu instrumenti un vienības, kosmiski. lidot. kosmosa kuģiem un to nesējraķetēm, H. problēma ieņem nozīmīgu vietu starp citām astronautikas problēmām. Tātad H. apstākļos ierīces un ierīces, kurās tiek izmantotas fiziskas, nav piemērotas. svārsti vai brīva šķidruma plūsma utt. H. uzskaite kļūst īpaši svarīga sistēmām ar daļēji piepildītām tvertnēm, kas, piemēram, notiek dzinējā. iekārtas ar šķidruma kaulu strūklas dzinējiem, kas paredzētas vairākkārtējai ieslēgšanai kosmosa laikā. lidojums. Parādījās arī vairākas citas tehnoloģijas. problēmas.
Īpaši svarīgi apdzīvotās telpas lidojuma laikā ņemt vērā H. apstākļu īpatnības. kuģiem, jo cilvēka dzīves apstākļi H. ievērojami atšķiras no parastajiem, "sauszemes" apstākļiem, kas izraisa izmaiņas vairākās viņa dzīvības funkcijās. Tomēr viņš to darīs. apmācība un preventīvie pasākumi ļauj personai palikt un veiksmīgi strādāt H.
Tiek arī pieņemts, ka tad, kad ļoti ilgi. lidojumi orbītā (tuvu zemei) vai starpplanētu stacijās var radīt mākslu. "smagums", pozicionēšana, piemēram, darba telpas kajītēs, kas rotē ap centru. stacijas daļas. Ķermeņi šajās kajītēs tiks piespiesti pie kabīnes sānu virsmas, malām būs "grīdas" loma, un šīs "grīdas" reakcija, uzklāta uz virsbūvēm, radīs mākslu. "smagums".
Kosmosā bezsvara stāvoklis ir pastāvīgs dzīves un aktivitātes nosacījums. Tas krasi atšķir telpu no vides, kurā dzīvo cilvēce. Uz Zemes cilvēks nepārtraukti cīnās ar gravitācijas spēku, tāpēc paša svara zaudēšana viņam ir neparasta, un nav pieredzes, ka cilvēks būtu nulles gravitācijā.
Jā, laiku pa laikam ir iespējams piedzīvot bezsvara stāvokli: piemēram, lidojuma laikā lidmašīnā, kad tā iekrīt "gaisa kabatās" vai pēkšņi zaudē augstumu. Bezsvara sajūta ir izpletņlēcējiem labi zināma. Bezsvara stāvoklis- stāvoklis, kurā nav ķermeņa un atbalsta mijiedarbības spēka.
Nulles gravitācijas apstākļos uz kosmosa kuģa daudzi fiziskie procesi (konvekcija, sadegšana utt.) Notiek savādāk nekā uz Zemes. Smaguma neesamībai ir nepieciešams īpašs tādu sistēmu dizains kā duša, tualete, pārtikas sildīšanas sistēmas, ventilācija utt. Lai izvairītos no stagnējošu zonu veidošanās, kur var uzkrāties oglekļa dioksīds, un lai nodrošinātu vienmērīgu silta un auksta gaisa sajaukšanos, piemēram, ISS ir liels skaits ventilatoru. Ēšanai un dzeršanai, personīgajai higiēnai, darbam ar aprīkojumu un kopumā parastajām ikdienas aktivitātēm ir arī savas īpatnības, un astronautam ir jāattīsta ieradumi un nepieciešamās prasmes. Bezsvara efekts tiek ņemts vērā, projektējot šķidro propelentu raķešu dzinēju, kas paredzēts iedarbināšanai bez smaguma spēka.
Kā bezsvara stāvoklis ietekmē cilvēkus
Pārejot no zemes gravitācijas apstākļiem uz bezsvara apstākļiem, lielākā daļa astronautu novēro organisma reakciju, ko sauc par kosmosa adaptācijas sindroms... Simptomu ziņā šis stāvoklis ir līdzīgs kustību slimībai: samazināta ēstgriba, reibonis, galvassāpes, palielināta siekalošanās, slikta dūša, dažreiz vemšana, telpiskas ilūzijas. Visas šīs sekas parasti izzūd pēc 3-6 lidojuma dienām. Ilgstoši (vairākas nedēļas vai ilgāk) uzturoties telpā, gravitācijas neesamība sāk izraisīt noteiktas negatīvas izmaiņas organismā: strauju muskuļu atrofiju - muskuļi faktiski tiek izslēgti no cilvēka darbības, kā rezultātā viss samazinās ķermeņa fiziskās īpašības; muskuļu audu aktivitātes straujas samazināšanās sekas ir ķermeņa skābekļa patēriņa samazināšanās; no tā izrietošā hemoglobīna pārpalikuma dēļ var samazināties kaulu smadzeņu aktivitāte, kas sintezē hemoglobīnu; mobilitātes ierobežošana traucē fosfora metabolismu kaulos, kā rezultātā samazinās to izturība.
Cilvēka ķermenis, nonācis nulles gravitācijas apstākļos, sāk atjaunoties. Cilvēks zaudē svaru. Viss ķermenis kļūst ļengans, it kā ilgu laiku gulētu gultā. Kauli kļūst trausli - tie šeit netiek uzsvērti. Muskuļi nedarbojas ļoti daudz. Un no bezdarbības visi orgāni vājina. Izskatās, ka cilvēks, kurš vairākus mēnešus gulējis gultā, atkal iemācās staigāt. Kosmonauti Nikolajevs un Sevastjanovs, pēc astoņpadsmit dienām, atrodoties nulles gravitācijā, sākumā nemaz nevarēja piecelties kājās.
Lai mazinātu bezsvara kaitīgo ietekmi, zinātnieki ir izstrādājuši dažādus līdzekļus: viņi iesaka astronautiem vairāk nodarboties ar fizisko audzināšanu kosmosā, galvenokārt ar pretestības joslām. Mēs esam izveidojuši īpašus "pingvīnu" kravas tērpus kosmonautiem. Šiem cieši pieguļošajiem tērpiem ir elastīgas lentes, kas savelk ķermeni bumbā. Lai šādā uzvalkā paliktu taisni, jums visu laiku ir nedaudz jāsasprindzina muskuļi. Un tas ir tieši tas, kas vajadzīgs, lai tie nevājinātos.
Veikt orbītas stacijās un "skrejceļā". Lai nepeldētu, astronauts ir piestiprināts ar elastīgām siksnām. Viņi aizstāj astronauta svaru, velk viņu aiz jostas un pleciem līdz grīdai un piespiež pie “ceļa”. Viņa skrien atpakaļ zem astronauta. Un viņš skrien uz priekšu pa to. Ne visi var viegli izturēt bezsvara stāvokli, it īpaši pirmajā brīdī. Daudziem šķiet, ka tie tika pakarināti otrādi. Dažiem cilvēkiem rodas slikta dūša. Pirmā diena - divi astronauti parasti pierod pie bezsvara.
Nesvarīgums rodas, kad kosmosa kuģis nonāk orbītā. Bet svara pazušanu nevajadzētu jaukt ar gravitācijas pievilcības pazušanu - piemēram, Starptautiskajā kosmosa stacijā (350 km augstumā) tas ir tikai par 10% mazāk nekā uz Zemes. Bezsvara stāvoklis ISS rodas nevis tāpēc, ka nav gravitācijas, bet gan pārvietošanās apļveida orbītā ar pirmo kosmisko ātrumu, tas ir, šķiet, ka astronauti pastāvīgi “krīt uz priekšu” ar ātrumu 7,9 km / s .
Kā astronauti tiek apmācīti nulles gravitācijā uz Zemes
Eksperimentālos nolūkos uz zemes ir iespējams radīt īslaicīgu bezsvara stāvokli (līdz 40 sekundēm), lidojot ar lidmašīnu pa parabolisku trajektoriju. Lai sasniegtu šo efektu, gaisa kuģim jābūt ar pastāvīgu lejupvērstu paātrinājumu g (nulles pārslodze). Ilgu laiku šādu pārslodzi (līdz 40 sekundēm) var radīt, ja veicat īpašu akrobātikas figūru ("iegremdēšanās gaisā"). Piloti strauji pazemina augstumu, standarta lidojuma augstumā 11 000 metru, tas dod nepieciešamās 40 sekundes "bezsvara"; fizelāžas iekšpusē ir kamera, kurā trenējas topošie kosmonauti; uz sienām ir īpašs mīksts pārklājums, lai izvairītos no ievainojumiem kāpjot un nokrītot. Līdzīgu bezsvara sajūtu cilvēks piedzīvo, lidojot civilās aviācijas lidojumos, nolaižoties. Bet, lai nodrošinātu lidojumu drošību un lielu slodzi uz lidmašīnas konstrukciju, civilā aviācija pakāpeniski samazina augstumu, veicot vairākus pagarinātus spirālveida pagriezienus (no 11 km lidojuma augstuma līdz aptuveni 1–2 km augstumam). Tie. nolaišanās tiek veikta vairākos piegājienos, kuru laikā pasažieris tikai dažas sekundes jūt, ka tiek pacelts no sēdekļa. Bezsvara stāvokli var izjust ķermeņa brīva kritiena sākotnējā brīdī atmosfērā, kad gaisa pretestība vēl ir maza.
Mēs visi esam dzirdējuši par bezsvara stāvokli. Pēc šī vārda mēs iedomājamies, ka kosmonauti brīvi peld kosmosa stacijā. Mēģināsim atbildēt uz šķietami vienkāršu jautājumu: kas ir šis ļoti nesvarīgais?
NAV SVARS, tas ir, ķermenim nav svara. Tas ir, lai pareizi saprastu, kas ir bezsvara stāvoklis, mums ir skaidri jāsaprot, kas ir ķermeņa svars.
Svars- ķermeņa iedarbības spēks uz balsta (vai balstiekārtas vai cita veida stiprinājuma), kas novērš kritienu, kas rodas gravitācijas spēku laukā. To nosaka izteiciens:
P = mg, kur:
R- ķermeņa masa, m- ķermeņa masa, g - brīvā kritiena paātrinājums.
Svara vērtība ir proporcionāla gravitācijas izraisītajam paātrinājumam, kas ir atkarīgs no augstuma virs zemes virsmas, kā arī tās rotācijas dēļ no mērījuma punkta ģeogrāfiskajām koordinātām.
Kad sistēma kustas, ķermenis - balsts (vai balstiekārta) attiecībā pret inerciālo atskaites rāmi ar paātrinājumu a svars pārstāj sakrist ar smaguma spēku, kas iedarbojas uz šo ķermeni:
P = m (g - a)
Zemes rotācijas rezultātā vērojams svara samazinājums platumā: pie ekvatora tas ir par aptuveni 0,3% mazāks nekā polos.
Jāatzīmē arī tas, ka saskaņā ar Ņūtona trešo likumu ne tikai ķermenis iedarbojas uz balstu (balstiekārtu), bet arī balsts (balstiekārta) iedarbojas uz ķermeni ar spēku, ko sauc atbalsta (balstiekārtas) reakcijas spēks. Šis spēks skaitliski ir vienāds ar ķermeņa svaru un ir vērsts pretēji gravitācijas darbībai. Pēc tam uz ķermeni iedarbojas divi spēki, kas ir vienādi lielumā un pretēji virzienam, tas ir, to rezultāts ir vienāds ar nulli, kas nozīmē, ka ķermenis ir vai nu miera stāvoklī, vai pārvietojas vienmērīgi un taisni.
Tas nozīmē, ka bezsvara stāvoklis (svara trūkums) ir stāvoklis, kurā prombūtnēķermeņa mijiedarbības spēks ar balstu (vai balstiekārtu), kas rodas saistībā ar gravitācijas pievilcību, citu masu spēku iedarbība, jo īpaši inerces spēks, kas rodas ķermeņa paātrinātās kustības laikā.
Tad padomāsim, kas notiks, ja gan ķermenis, gan tā balsts nonāks gravitācijas spēku laukā. Tad, tā kā gan balsts, gan ķermenis kustēsies vienādā ātrumā, ķermenis ar savu masu nespiedīs uz šo balstu, tas ir, uz to nerīkosies. Tas ir, ķermeņa svars (spēks, ar kādu tas iedarbojas uz balstu) ir vienāds ar nulli. Kur to var novērot praksē? Iedomājieties lifta vagonu, kas nokrīt no virvēm un brīvi iekrīt šahtā. Gan kabīne, gan pasažieris pārvietojas ar tādu pašu paātrinājumu g = 9,8 m / s 2... Tad pasažieris nedarbosies uz lifta grīdas, tas ir, viņš piedzīvos bezsvara stāvokli. Tad viņš varēs brīvi peldēt lifta kabīnes telpā. Protams, šis eksperiments parasti izraisa subjekta nāvi. Bet ir pazīstamāka situācija. Kad lifts tikko sāk kustēties uz leju (tas ir, tas pārvietojas paātrinātā tempā, uzņemot parasto ātrumu), jūsu ķermenis vēl nav sasniedzis šo ātrumu un gandrīz nespiež uz grīdas, kas nozīmē, ka tas gandrīz neko nesver. Tad, kad lifts ir paātrinājies un pēc tam vienmērīgi pārvietojas, kopā ar to jūs pārvietojat vienmērīgi, un jūs, tāpēc, kā parasti, piespiežat ķermeni pie balsta (lifta grīdas), kas nozīmē, ka nav bezsvara.
Lidojums kosmosa kuģī, kas riņķo ap Zemi, ir nekas cits kā pastāvīgs kritiens uz Zemes. Vienkārši, ierīce pārvietojas orbītā ar ļoti lielu ātrumu (aptuveni 8 km / sek.), Un, nokrītot uz Zemes (vertikāli), tai izdodas noiet tādu attālumu horizontālā virzienā, ka Zemes sfēriskuma dēļ , attālums līdz tā virsmai nesamazinās. Ķermenis krīt, nekrītot. Paradokss? Realitāte!
Tas ir, kosmosa kuģa kabīne ir tas pats lifts, kas nokrita no virvēm. Un visi tajā esošie ķermeņi piedzīvos bezsvara stāvokli. Tie brīvi peldēs kosmosa kuģa kabīnē, savukārt būs vairāki interesanti efekti, par kuriem es runāšu kādā no nākamajiem ierakstiem.
Lai apmācītu astronautus uz Zemes, mēs uz īsu brīdi varam radīt bezsvara stāvokli. Īpaša plakne ienirst pa hiperbolisku trajektoriju, tas ir, tā faktiski nokrīt ar paātrinājumu g, un cilvēki tās kabīnē krīt ar tādu pašu paātrinājumu. Tas ir, viņi atrodas bezsvara stāvoklī. Tādā veidā ir iespējams radīt bezsvara stāvokli apmēram vienu minūti, pēc tam lidmašīna pāriet no niršanas uz kāpienu, un pēc tam atkal ienirst un viss tiek atkārtots vēlreiz. Tātad uz Zemes var radīt bezsvara stāvokli.
Ir ļoti svarīgi to saprast svars un svars Stingri sakot, ķermeņi nav vienādi, lai gan ikdienas dzīvē jēdziens "svars" bieži tiek lietots, runājot par ķermeņu masu. Ķermeņa svara definīcija jau ir dota iepriekš. Un ķermeņa masa ir tā inerces mērs, tas ir, spēja saglabāt miera stāvokli vai vienmērīgu taisnu kustību, pakļaujoties citiem ķermeņiem, kas mēģina mainīt šo stāvokli. Ķermeņu mijiedarbību raksturo tāda vērtība kā spēks. Saskaroties ar ķermeni ar spēku F, tam tiek ziņots par paātrinājumu a atkarīgs no svara m:
a = F / m.
Mēs redzam, ka jo vairāk ķermeņa masas, jo mazāks paātrinājums , paziņoja viņam ar tāda paša spēka spēku. Ja mēs vispirms mēģināsim to pārbaudīt uz Zemes un pēc tam uz kosmosa kuģa (bez gravitācijas), mēs redzēsim, ka šis noteikums ir izpildīts abos gadījumos. Tas ir, ķermeņa svars un ķermeņa svars nav viens un tas pats. Ķermeņa svars var pazust, bet ķermeņa svars vienmēr tiek saglabāts. Tiesa, relativistiskajā mehānikā ķermeņu masa var mainīties (pieaugt līdz bezgalībai), taču tas ir pavisam cits stāsts, kas tomēr arī kādreiz kļūs par mūsu apsvēršanas objektu.
Līdz tam tiekamies vēlreiz. Paldies visiem, kas izlasījuši līdz galam, jo "daudzburtu" dāvina ne visi, bet tikai ziņkārīgākie.
Saistītie raksti
