Mindent tudni akarok

Súlytalanság

Pin
Send
Share
Send


Súlytalanság a szabad leesés során tapasztalható tapasztalat (emberek és tárgyak által), amelynek nincs látható súlya. Ezt a feltételt más néven súlytalanságban. A közönséges űrhajók súlytalansága nem a földtől való megnövekedett távolság miatt; a gravitáció miatti gyorsulás 100 km-es magasságban csak három százalékkal kisebb, mint a föld felszínén. A súlytalanság nulla g-erőt vagy nulla látszólagos tömeget jelent; a gyorsulás csak a gravitációnak köszönhető, ellentétben azokkal az esetekkel, amikor más erők hatnak, ideértve:

  • a földön állva, egy székben ülve a földön stb. (a gravitációt a talaj reakcióereje ellensúlyozza)
  • síkban repülni (a gravitációt a szárnyak által biztosított ellentétes képesség jellemzi) - lásd alább a kivételt képező speciális pályákat
  • légköri visszatérés, ejtőernyőn történő leszállás: a légköri húzás lassítja a járművet
  • egy űrhajó körüli manőver során: a rakéta tolóerőt biztosít

A különbség az, hogy a gravitáció közvetlenül hat az emberre és más tömegekre, akárcsak a járműre, miközben a légköri húzás és a tolóerő olyan erőket először a járműre, és a járművön keresztül az emberre hat. Az első esetben a személy és a jármű padlóját nem tolják egymás felé, más esetekben viszont.

Áttekintés

Amit az ember súlyként tapasztal, az valójában nem a gravitáció által kifejtett erő, bár ez a súly műszaki meghatározása. Amit súlyként érezzük, az valójában a talaj (vagy bármilyen felületünkkel érintkező felület) normál reakcióerője, amely felfelé nyom, hogy ellensúlyozza a gravitáció által kifejtett erőt, azaz a látszólagos súlyt.

Például egy szabadon eső tartályban lévő fadarab súlytalanságot élvez. Ennek oka az, hogy a fadarab súlya a tartályból nem reagál, mivel ugyanazzal a gyorsítással húzza le. A tartály gyorsulása megegyezik a blokk gyorsulásával, amely megegyezik a gravitáció által okozott gyorsulással. Ha a tartály nyugszik a földön, a tömb egyes darabjaira alkalmazott erő nem egyenletes. Mivel a blokk nem gyorsul, felfelé irányuló erő is felmerül, mivel a tömb szilárd. A tömb minden vízszintes keresztmetszete nemcsak a rá ható erő hatására, hanem a tömb bármely részének a súlya felett is. A súlyérzés egy része tehát a testén belül nyomásgradienst (a távolság egységnyi változása egy adott irányban történő változását) tapasztalja meg.

A súlyérzetnek egy másik aspektusa, amelyet a nyomásgradiens nem vesz figyelembe, erre példa az, hogy karjaink lefelé húzódnak testünkhöz képest. Ez a hatás abból fakad, hogy valamit akasztásra nem támasztanak közvetlenül a talaj nyomása. Valójában a hatás szinte pontosan ellentétes a nyomásgradienssel, ez egy feszültséggradiens. Ennek oka az, hogy a függő tárgyak minden keresztmetszetének, például egy kötélnek meg kell támasztania az alatta lévő összes darab súlyát.

Ezért röviden: a súlytalanságnak semmi köze sincs ahhoz, hogy egy gravitációs erő befolyása alatt állunk-e, hanem azzal a különbséggel, hogy vannak-e erőgradiensek a testünkben. Szabad eséskor az ember nem tapasztal súlyt, mert az emberi tárgy összes része egyenletesen gyorsul (feltételezve, hogy nincs árapály-erõ).

Mikrogravitációs

Gyertya láng keringési körülmények között. NASA kép.

A mikrogravitáció kifejezést azért is használják, mert a súlytalanság pl. egy űrhajó vagy más tartály nem tökéletes. A föld pályájának okai a következők:

  • A gravitáció egy ppm-rel csökken minden három méteres magasságnövekedésnél. Azok a tárgyak, amelyek nem pontok, differenciális vonzást fognak érezni a részükön. (Ez valójában az árapály erő).
  • Keringő pályán egy űrhajónál a centripetális erő nagyobb a felső oldalon. (Ez is az árapály erő).
  • Az egyedül maradt tárgyak "esnek" az űrhajó sűrűbb része felé. Amikor végül megérintik az űrhajót, akkor abbahagyja a mozgást és súlyt érez.
  • Annak ellenére, hogy nagyon vékony, van egy kis levegő a pályán, ami súrlódás miatt lassulást okoz. Ezt a mozgás irányában "súlynak" tekintik.
  • Maguk elé hagyva, a jármű különböző részei a pálya síkjának mindkét oldalán a saját pályájukban vannak. A jármű referenciakeretében ez az objektumokat befelé tolja a jármű egész orbitális síkja felé.

A mikrogravitációs szimbólum, ng, az STS-107 űrrepülőgép repülésének jelvényén használták, mert ezt a repülést a mikrogravitációs kutatásoknak szentelték (lásd a képet a cikkben).

Csökkent gravitációs repülőgép

A NASA KC-135 csökkentett gravitációs repülőgépe

A NASA KC-135 csökkentett gravitációs repülőgépe a Lyndon B. Johnson Űrközpontban található, és szeretettel hívják "hányás üstökösnek". Egy olyan repülőgép, amelynél a NASA hat mérföld hosszú parabolikus ívekben repül, először felmászva a magasságba, majd elesve, oly módon, hogy a repülési út és a sebesség megegyezzen egy meghajtó nélküli tárgyéval, és nem tapasztal levegő súrlódást. Ez meghajtással és kormányzéssel valósul meg, oly módon, hogy a levegő súrlódása kompenzálódjon, és semmi más. Ennek eredményeként a belső embereket nem tolják a sík alja vagy más oldala felé, azaz ideiglenesen súlytalanok, minden alkalommal 25 másodpercig. Jellemzően egy repülés kb. Két órát vesz igénybe, amelyben 40 parabolt repülnek.

A NASA mikrogravitációs egyetem csökkentett gravitációs repülési lehetőségei lehetővé teszik a főiskolai hallgatók csapatainak, hogy mikrogravitációs kísérleti javaslatot nyújtsanak be. Ha kiválasztják, a csapatok megtervezik és végrehajtják kísérletüket, és a hallgatókat felkérik, hogy repüljenek a NASA McDonnell Douglas C-9-es modelljére (a KC-135 legújabb pótlására). A repülőgép a fent leírt módon repül, úgy, hogy a kísérletnek körülbelül 20-25 másodpercre van szüksége a funkciójának mikrogravitációban történő végrehajtásához.

Az első ESA nulla G-os járatokat 1984-ben repültek, a NASA KC-135 repülőgéppel Houstonban, Texasban.

Zero Gravity Corporation

A Zero Gravity Corporation módosított Boeing 727-et üzemeltet, amely a NASA csökkentett gravitációs repülőgépéhez hasonló parabolikus íveket repül. A járatokat turisztikai és kutatási célokra is meg lehet vásárolni.

Európai Űrügynökség A-300 Zero-G

Az Európai Űrügynökség parabolikus repüléseket hajt végre egy speciálisan átalakított Airbus A-300 repülőgépen a mikrogravitáció kutatása céljából. Az ESA repül kampányok három járat egymást követő napokon, mindegyik repülés körülbelül 30 parabolát repül, összesen körülbelül tíz perc súlytalanság repülésenként. Az ESA-kampányokat jelenleg a franciaországi Bordeaux-Mérignac repülőtérről a Novespace cég üzemelteti, míg a repülőgépeket a Centre d'essais en Vol (CEV - Francia Test Repülési Központ) üzemelteti. Az ESA 2006 márciusától 43 kampányt hajtott végre. Más használt repülőgépek között szerepel az orosz Iljašin Il-76 MDK és a Francia Caravelle.123

Földi csökkentett gravitációs eszközök

A földi létesítményeket, amelyek kutatási célokra csökkent gravitációs körülményeket teremtenek, tipikusan cseppcsöveknek vagy csepptornyoknak nevezik.

A NASA létesítményei

A NASA Zero-G kutatóintézete, amely az Ohio állambeli Clevelandben, a Glenn Kutatóközpontban található, egy 145 méteres függőleges tengely, nagyjából a talaj alatt, beépített vákuumcseppkamrával, amelyben a kísérleti jármű szabadon eshet egy időtartama 5,18 másodperc, esése 132 méter. A kísérleti járművet körülbelül 4,5 méter vastagságú porlasztott polisztirol pelletben állítják le, és a legnagyobb lassulási sebessége 65 g.

A NASA-nál a Glennnél található a 2,2 második csepp torony is, amely körülbelül 24 méter magas.

A NASA Marshall űrrepülési központja egy másik, 105 méter magas cseppcső-létesítménynek ad otthont, amely 4,6 másodperces szabad esést tesz lehetővé vákuum közelében.

Az emberek nem használhatják ki ezeket a gravitációs tengelyeket, mivel a cseppkamrában tapasztalt lassulás valószínűleg megöl vagy súlyosan megsérül bárkit, aki ezeket használja; A 20 gramm a legmagasabb lassulás, amelyet egy megfelelő és egészséges ember egy pillanatra képes ellenállni anélkül, hogy tartós sérülést szenvedne.

Más létesítmények világszerte

  • Japán mikrogravitációs laboratórium (MGLAB) - 4,5 s szabad esés
  • Grenoblei kohászat laboratóriumi kísérleti cseppcsöve - 3,1 s szabad esés

Semleges úszóképesség

A súlytalanságot semleges úszóképesség alkalmazásával is szimulálhatjuk, amikor az emberi alanyokat és eszközöket vízviszonyokba helyezzük, majd súlyozzuk vagy felhajtjuk, amíg a helyükre nem mozog. A NASA semleges úszóképességet alkalmaz az EVA-k előkészítéséhez (Extra Vehicleicular Activity) semleges felhajtóerő-laboratóriumában.

Súlytalanság egy űrhajóban

Marsha Ivins űrhajós demonstrálja a súlytalanság hosszú hajra gyakorolt ​​hatását az STS-98 során

A bolygó atmoszféráján kívüli űrhajón hosszú súlytalanságok jelentkeznek, feltéve, hogy nem alkalmaznak meghajtást és a hajó nem forog. Ez a helyzet a föld keringésekor (kivéve, ha a rakéták az orbitális manőverek miatt lőnek), de nem a légköri visszatéréskor. A súlytalanság nem fordul elő olyan rakétahajón, amely felgyorsítja a rakéták tüzelését. Még ha a rakéta is egyenletesen gyorsul, az erõ a kimenõ gáz által a rakéta hátoldalára hat, és ezt az erõt a hajó egész területén nyomás vagy feszültség útján továbbítják, kizárva a súlytalanságot.

Az űrhajóban vagy az űrállomásban a súlytalanságot szabad eséssel érik el. A hajó és az abban lévő dolgok valójában a Föld felszíne felé esnek, de a pálya sebessége olyan nagy, általában öt mérföld másodpercenként, hogy a Föld elhajlik tőled, mielőtt beléphet a légkörbe. Gravitációja azonban folyamatosan vonzza Önt, és ennek eredményeként az örök szabadon esés látszólagos állapota van.

Súlytalanság a bolygó közepén

A bolygó közepén az ember súlytalannak érezné magát, mert a bolygó környező tömegének vonzása megszűnik. Általánosabban: a gravitációs erő nulla mindenhol egy üreges gömbszimmetrikus bolygón belül, a héj tétel szerint.

Egészségügyi hatások

Azoknak a keringőállomásoknak a létrehozását követően, amelyekben az emberek hosszú ideig élhetnek, a súlytalanságnak való kitettségről kiderült, hogy káros hatással van az egészségre. Az emberek jól alkalmazkodnak a Föld felszínén uralkodó fizikai feltételekhez. Súlytalanság esetén bizonyos élettani rendszerek megváltoznak, és átmeneti és hosszú távú egészségügyi problémák léphetnek fel.

Az emberek leggyakoribb kezdeti állapotát, amelynek súlytalansága az első néhány óra elteltével elterjedt, űrbetegségnek nevezik. A tünetek között szerepel az általános nyugtalanság, hányinger, szédülés, fejfájás, letargia, hányás és általános rossz közérzet. Az első esetet 1961-ben, Gherman Titov űrhajós jelentette. Azóta az emberek körülbelül 45% -a, akik nulla gravitáció mellett szabadon úsznak, ezt a feltételt is szenvedett. Az űrbetegség időtartama változó, de semmiképpen sem tarthatott meg többet, mint 72 óra. Addigra az űrhajósok megszokták az új környezetet.

A hosszú távú súlytalanság legfontosabb káros hatásai az izmok atrófiája és a csontváz romlása; ezeket a hatásokat a testmozgással lehet minimalizálni. További jelentős hatások a folyadék újraelosztása, a szív-érrendszer lelassulása, a vörösvértestek csökkent termelése, az egyensúlyzavarok és az immunrendszer gyengülése. A kisebb tünetek között szerepel a testtömeg elvesztése, az orrdugulás, az alvászavarok, a túlzott puffadás és az arc puffadtsága. Ezek a hatások visszafordíthatók a Földre való visszatérés után.

A súlytalanságnak való kitettség számos feltétele hasonló az öregedéssel járó feltételekhez. A tudósok úgy vélik, hogy a súlytalanság káros hatásainak tanulmányozása orvosi előnyökkel járhat, mint például az osteoporosis lehetséges kezelése, valamint az ágyban ülők és idősek orvosi ellátásának javítása.

Megjegyzések

  1. ↑ Európai Űrügynökség. A300 Zero-G. Az ESA emberi űrrepülés webhelye. Beérkezett 2008. február 16-án.
  2. ↑ Európai Űrügynökség. Következő camaign. Az ESA emberi űrrepülés webhelye. Beérkezett 2008. február 16-án.
  3. ↑ Európai Űrügynökség. Kampányszervezés. Az ESA emberi űrrepülés webhelye. Beérkezett 2008. február 16-án.

Irodalom

  • Howstuffworks.com. 2006. Hogyan működik a súlytalanság? A HowStuffWorks, Inc. beérkezett 2008. február 16-án.
  • Henderson, Tom. 2004. Súlytalanság az orbitán. A fizika tanterem. Beérkezett 2008. február 16-án.
  • 1999. A gravitáció súlytalanságot hoz létre? Tudomány Joy Wagon. Beérkezett 2008. február 16-án.
  • 2002. Súlytalanság és így tovább ... Megtanuljuk, hogyan kell túlélni az űrben! A MedicineNet, Inc. beérkezett 2008. február 16-án.
  • Kavics, Duane. 2005. Súlytalanság Spacedoc.net. Beérkezett 2008. február 16-án.

Külső linkek

Az összes link visszakeresése 2013. augusztus 9.

  • Zero-G kutatóintézet A NASA földfelszíni mikrogravitációs kutatási létesítménye.
  • NASA Mikrogravitációs Egyetem A NASA hallgatói programja, amely lehetővé teszi a főiskolai hallgatók csapatainak, hogy mikrogravitációs kísérletet tervezzenek, és repüljenek a NASA C-9 fedélzetén. A KC-135 pótrepülőgéppel.

Pin
Send
Share
Send