No Image

Ускорение свободного падения в невесомости

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Невесо́мость — состояние, в котором отсутствует сила взаимодействия тела с опорой или подвесом (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением или действием других массовых сил (в частности, силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела).

Иногда в качестве синонима названия этого явления используется термин микрогравитация, что неверно (создаётся впечатление, что гравитация отсутствует или пренебрежительно мала).

Содержание

Причины [ править | править код ]

Состояние невесомости имеет место, когда действующие на тело внешние силы являются только массовыми (силы тяготения), либо поле этих массовых сил локально однородно, то есть силы поля сообщают всем частицам тела в каждом его положении одинаковые по модулю и направлению ускорения (что при движении в поле тяготения Земли практически имеет место, если размеры тела малы по сравнению с радиусом Земли), либо начальные скорости всех частиц тела по модулю и направлению одинаковы (тело движется поступательно).

Например, космический аппарат и все находящиеся в нём тела, получив соответствующую начальную скорость, движутся под действием сил тяготения вдоль своих орбит практически с одинаковыми ускорениями, как свободные; ни сами тела, ни их частицы взаимных давлений друг на друга не оказывают, то есть находятся в состоянии невесомости. При этом по отношению к кабине аппарата находящееся в нём тело может в любом месте оставаться в покое (свободно "висеть" в пространстве). Хотя силы тяготения при невесомости действуют на все частицы тела, но нет внешних поверхностных сил, которые могли бы вызывать взаимные давления частиц друг на друга. [1]

Таким образом, любое тело, размеры которого малы по сравнению с земным радиусом, совершающее свободное поступательное движение в поле тяготения Земли, будет, при отсутствии других внешних сил, находиться в состоянии невесомости. Аналогичным будет результат для движения в поле тяготения любых других небесных тел.

История [ править | править код ]

Изменение веса шарика при его свободном падении в жидкости было отмечено ещё Лейбницем. В 1892—1893 гг. несколько опытов, демонстрирующих возникновение невесомости при свободном падении, поставил профессор МГУ Н. А. Любимов, например, маятник, выведенный из положения равновесия при свободном падении, не качался [2] .

Особенности деятельности человека и работы техники [ править | править код ]

В условиях невесомости на борту космического аппарата многие физические процессы (конвекция, горение и т. д.) протекают иначе, чем на Земле. Отсутствие силы тяжести, в частности, требует специальной конструкции таких систем как душ, туалет, системы разогрева пищи, вентиляции и т. д. Во избежание образования застойных зон, где может скапливаться углекислый газ, и для обеспечения равномерного смешивания теплого и холодного воздуха, на МКС, например, установлено большое количество вентиляторов. Прием пищи и питьё, личная гигиена, работа с оборудованием и в целом обычные бытовые действия также имеют свои особенности и требуют от космонавта выработки привычки и нужных навыков.

Влияние невесомости неизбежно учитывается в конструкции жидкостного ракетного двигателя, предназначенного для запуска в невесомости. Жидкие компоненты топлива в баках ведут себя точно так же, как и любая жидкость (образуют жидкие сферы). По этой причине подача жидких компонентов из баков в топливные магистрали может стать невозможной. Для компенсации такого эффекта применяется специальная конструкция баков (с разделителями газовой и жидкой сред), а также — процедура осадки топлива перед запуском двигателя. Такая процедура состоит во включении вспомогательных двигателей корабля на разгон; создаваемое ими небольшое ускорение осаживает жидкое топливо на днище бака, откуда система подачи направляет топливо в магистрали.

Воздействие на организм человека [ править | править код ]

При переходе из условий наличия веса тела у поверхности Земли к условиям невесомости (в первую очередь — при выходе космического корабля на орбиту), у большинства космонавтов наблюдается реакция организма, называемая синдромом космической адаптации.

При длительном (более недели) пребывании человека в космосе отсутствие веса тела начинает вызывать в организме определённые вредные изменения [3] .

Первое и самое очевидное последствие невесомости — стремительное атрофирование мышц: мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате падают все физические характеристики организма [3] . Кроме того, следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода, и из-за возникающего избытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего его (гемоглобин) [3] .

Также есть основания полагать, что ограничение подвижности нарушит фосфорный обмен в костях, что приведёт к снижению их прочности [3] .

Вес и гравитация [ править | править код ]

Довольно часто исчезновение веса путают с исчезновением гравитационного притяжения, но это вовсе не так. В качестве примера можно привести ситуацию на Международной космической станции (МКС). На высоте 350 километров (высота нахождения станции) ускорение свободного падения имеет значение 8,8 м/с², что всего лишь на 10 % меньше, чем на поверхности Земли. Состояние невесомости на МКС возникает не из-за «отсутствия гравитации», а за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, то есть космонавты как бы постоянно «падают вперёд» со скоростью 7,9 км/с.

Невесомость на Земле [ править | править код ]

На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по баллистической траектории, то есть такой траектории, по которой летел бы самолёт под воздействием одной лишь силы земного притяжения. Эта траектория при небольших скоростях движения получается параболой, из-за чего её иногда ошибочно называют «параболической». В общем случае траектория представляет собой эллипс или гиперболу.

Такие методы применяются для тренировки космонавтов в России и США. В кабине пилота на нитке подвешен шарик, который обычно натягивает нитку вниз (если самолёт покоится, либо движется равномерно и прямолинейно). Отсутствие натяжения нити, на которой висит шарик, свидетельствует о невесомости. Таким образом, пилот должен управлять самолётом так, чтобы шарик висел в воздухе без натяжения нити. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение равное g и направленное вниз. Другими словами, пилоты создают нулевую перегрузку. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа «провал в воздухе». Пилоты резко начинают набор высоты, выходя на «параболическую» траекторию, которая заканчивается таким же резким сбросом высоты. Внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она представляет собой полностью обитую мягким покрытием пассажирскую кабину без кресел, чтобы избежать травм как в моменты невесомости, так и в моменты перегрузок.

Читайте также:  Что нажать для входа в биос

Подобное чувство невесомости (частичной) человек испытывает при полётах рейсами гражданской авиации во время посадки. Однако в целях безопасности полёта и из-за большой нагрузки на конструкцию самолёта, любой рейсовый самолёт сбрасывает высоту, совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полёта в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). То есть спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир на несколько секунд ощущает, что его немного отрывает от кресла вверх. Это же чувство испытывают и автомобилисты, знакомые с трассами, проходящими по крутым холмам, когда машина начинает съезжать с верхушки вниз.

Утверждения, что самолёт для создания кратковременной невесомости выполняет фигуры высшего пилотажа типа «петли Нестерова» — не более чем миф. Тренировки выполняются в слегка модифицированных серийных пассажирских или грузовых самолётах, для которых фигуры высшего пилотажа и подобные режимы полёта являются закритическими и могут привести к разрушению машины в воздухе или быстрому усталостному износу несущих конструкций.

Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.

Существует несколько самолётов, способных проводить полёты с достижением состояния невесомости без вылета в космос. Технология используется как для тренировок космическими агентствами, так и для коммерческих полётов частных лиц. Подобные полёты проводят американская авиакомпания Zero Gravity, Роскосмос (на Ил-76 МДК c 1988 года, полёты также доступны для частных лиц [4] ), NASA (на Boeing KC-135) , Европейское космическое агентство (на Airbus A-310) [5] Типичный полёт продолжается около полутора часов. В течение полёта проводятся 10-15 сессий невесомости, для достижения которых самолёт совершает крутое пике. Длительность каждой сессии невесомости около 25 секунд [6] . Более 15000 человек совершили полёты по состоянию на ноябрь 2017 года [7] . Многие известные люди совершили полёты в невесомости на борту самолёта, в их числе: Баз Олдрин, Джон Кармак, Тони Хоук, Ричард Брэнсон, Артемий Лебедев. Стивен Хокинг также совершил короткий полёт 26 апреля 2007 года [8] [9] [10] .

Почему частицы «падают» в Полях Притяжения химических элементов, а тела «падают» в Полях Притяжения небесных тел? Почему на определенном расстоянии от поверхности Земли (в Космосе), а также в процессе падения на Землю, тело находится в состоянии «невесомости»?

Что такое «падение»? Падение – это процесс приближения частицы, химического элемента или тела к объекту, обладающему Полем Притяжения. Объект, в данном случае – это также элементарная частица, химический элемент или тело. Свободным следует считать падение, когда падающему объекту совсем не мешают в процессе падения другие объекты (частицы, элементы, тела). Падение сквозь атмосферу Земли нельзя считать абсолютно свободным. Однако из-за того, что элементы воздуха почти не оказывают сопротивления падающему телу, такое падение условно можно считать приблизительно «свободным».

Рассмотрим процесс свободного падения на примере падения частицы, обладающей Полем Притяжения. Пускай частица находится на таком расстоянии от объекта, обладающего Полем Притяжения, где существует ток эфира по направлению к данному притягивающему объекту – т.е. Поле Притяжения этого объекта. Эфир, заполняющий частицу, движется в направлении объекта с Полем Притяжения, подчиняясь принципу «Природа не терпит пустоты». Движение заполняющего частицу эфира увлекает с собой саму частицу, точнее, увлекает заполняющий ее эфир. Если бы вместо отдельно взятой частицы находился химический элемент или тело, то данный процесс движения вместе с эфиром, происходил бы во всех частицах, образующих данный элемент или элементы тела.

В нашем примере частица сама обладает Полем Притяжения – т.е. эфир из окружающего ее пространства равномерно входит в нее со всех сторон. Таким образом, притягиваемая частица сама равномерно поглощает со всех сторон эфир (который входит в нее), и одновременно движется вместе с заполняющим ее эфиром в сторону объекта, источника Поля Притяжения.

Если частице в ее движении к притягивающему ее объекту препятствуют другие частицы – например, частицы на поверхности химического элемента или частицы в составе химических элементов на поверхности планеты, свободно падавшая частица останавливается, а через нее начинает двигаться эфирный поток (Поле Притяжения), движущийся к создающему это Поле объекту. Можно сказать, что «у него нет другого выхода».

Почему, к примеру, человек, когда находится на поверхности планеты, ощущает вес своего тела, а когда свободно падает сквозь атмосферу – ощущает «невесомость»?

Вес – это Сила Притяжения. В данном случае – Сила Притяжения к общему числу химических элементов, располагающихся вдоль линии, проведенной через центр планеты. Каждая частица в нашем теле испытывает данную Силу Притяжения, направленную к центру Земли. Как мы вообще субъективно оцениваем наличие в нашем теле веса (Силы Притяжения) к планете? Ну, во-первых, по величине давления, испытываемого каждой нижележащей частицей со стороны вышележащих. А, во-вторых, по величине напряжения мышц, поддерживающих тело в вертикальном положении, а также в процессе перемещения всего тела или его конечностей, включая голову.

У падающего в Поле Притяжения объекта его собственный вес ощущается по возникновению давления вышележащих элементов на нижележащие, а также по мышечному напряжению. Происходит это тогда, когда на пути у него встречается другой объект, препятствующий его дальнейшему падению. Частицы тела не могут двигаться вместе с эфирным потоком Поля Притяжения, увлекающего их. И через частицы начинает течь эфирный поток. А состояние невесомости возникает тогда, когда падающему объекту ничто не мешает падать, в результате чего частицы тела движутся вместе с эфирным потоком Поля Притяжения.

Состояние невесомости наиболее ярко проявляется в «открытом Космосе», вдали от небесных тел. Величина Поля Притяжения по мере отдаления от небесных тел уменьшается – т.е. уменьшается скорость эфирного потока, движущегося из окружающего эфирного поля. В результате, практически не происходит процесса падения частиц (элементов, тел) на эти небесные тела. Точнее это процесс очень медленный. А, во-вторых, космическая среда очень разреженная – поэтому ничто не препятствует даже такому медленному процессу падения.

Читайте также:  Датчик движения для включения вентилятора в туалете

22. Ускорение свободного падения. Невесомость

Почему частицы «падают» в Полях Притяжения химических элементов, а тела «падают» в Полях Притяжения небесных тел? Почему на определенном расстоянии от поверхности Земли (в Космосе), а также в процессе падения на Землю, тело находится в состоянии «невесомости»?

Что такое «падение»? Падение – это процесс приближения частицы, химического элемента или тела к объекту, обладающему Полем Притяжения. Объект, в данном случае – это также элементарная частица, химический элемент или тело. Свободным следует считать падение, когда падающему объекту совсем не мешают в процессе падения другие объекты (частицы, элементы, тела). Падение сквозь атмосферу Земли нельзя считать абсолютно свободным. Однако из-за того, что элементы воздуха почти не оказывают сопротивления падающему телу, такое падение условно можно считать приблизительно «свободным».

Рассмотрим процесс свободного падения на примере падения частицы, обладающей Полем Притяжения. Пускай частица находится на таком расстоянии от объекта, обладающего Полем Притяжения, где существует ток эфира по направлению к данному притягивающему объекту – т. е. Поле Притяжения этого объекта. Эфир, заполняющий частицу, движется в направлении объекта с Полем Притяжения, подчиняясь принципу «Природа не терпит пустоты». Движение заполняющего частицу эфира увлекает с собой саму частицу, точнее, увлекает заполняющий ее эфир. Если бы вместо отдельно взятой частицы находился химический элемент или тело, то данный процесс движения вместе с эфиром, происходил бы во всех частицах, образующих данный элемент или элементы тела.

В нашем примере частица сама обладает Полем Притяжения – т. е. эфир из окружающего ее пространства равномерно входит в нее со всех сторон. Таким образом, притягиваемая частица сама равномерно поглощает со всех сторон эфир (который входит в нее), и одновременно движется вместе с заполняющим ее эфиром в сторону объекта, источника Поля Притяжения.

Если частице в ее движении к притягивающему ее объекту препятствуют другие частицы – например, частицы на поверхности химического элемента или частицы в составе химических элементов на поверхности планеты, свободно падавшая частица останавливается, а через нее начинает двигаться эфирный поток (Поле Притяжения), движущийся к создающему это Поле объекту. Можно сказать, что «у него нет другого выхода».

Почему, к примеру, человек, когда находится на поверхности планеты, ощущает вес своего тела, а когда свободно падает сквозь атмосферу – ощущает «невесомость»?

Вес – это Сила Притяжения. В данном случае – Сила Притяжения к общему числу химических элементов, располагающихся вдоль линии, проведенной через центр планеты. Каждая частица в нашем теле испытывает данную Силу Притяжения, направленную к центру Земли. Как мы вообще субъективно оцениваем наличие в нашем теле веса (Силы Притяжения) к планете? Ну, во-первых, по величине давления, испытываемого каждой нижележащей частицей со стороны вышележащих. А, во-вторых, по величине напряжения мышц, поддерживающих тело в вертикальном положении, а также в процессе перемещения всего тела или его конечностей, включая голову.

У падающего в Поле Притяжения объекта его собственный вес ощущается по возникновению давления вышележащих элементов на нижележащие, а также по мышечному напряжению. Происходит это тогда, когда на пути у него встречается другой объект, препятствующий его дальнейшему падению. Частицы тела не могут двигаться вместе с эфирным потоком Поля Притяжения, увлекающего их. И через частицы начинает течь эфирный поток. А состояние невесомости возникает тогда, когда падающему объекту ничто не мешает падать, в результате чего частицы тела движутся вместе с эфирным потоком Поля Притяжения.

Состояние невесомости наиболее ярко проявляется в «открытом Космосе», вдали от небесных тел. Величина Поля Притяжения по мере отдаления от небесных тел уменьшается – т. е. уменьшается скорость эфирного потока, движущегося из окружающего эфирного поля. В результате, практически не происходит процесса падения частиц (элементов, тел) на эти небесные тела. Точнее это процесс очень медленный. А, во-вторых, космическая среда очень разреженная – поэтому ничто не препятствует даже такому медленному процессу падения.

Давайте вместе задумаемся, почему падение твердых и жидких тел в Поле Притяжения Земли происходит равноускоренно?

Мы уже говорили о том, что такое «падение» и что такое «свободное падение». Мы рассматриваем ускорение свободного падения при нормальных условиях – т. е. в условиях обычного состояния атмосферы.

Чем ближе к объекту с Полем Притяжения, тем выше скорость эфирного потока, движущегося по направлению к этому объекту. Сила притяжения, как известно, тоже нарастает с уменьшением расстояния. Однако вовсе не это является объяснением ускорения тел, падающих в Поле Притяжения планеты. Если бы это было так, то на каждом, строго определенном расстоянии от центра планеты, величина скорости любых падающих тел была бы строго определенной и соответствовала бы скорости эфирного потока Поля Притяжения планеты. Но на деле это не так. Скорость падения тел нарастает по мере увеличения проходимого ими расстояния. При этом существует зависимость между массой тела и конечной скоростью. Более тяжелое тело, сброшенное вместе с легким с одной высоты, достигнет в итоге большей скорости – упадет на землю с большей скоростью. Давайте постараемся разобраться.

Тела состоят из химических элементов. Твердое и жидкое при нормальных условиях агрегатное состояние тел указывает на то, что эти тела состоят из химических элементов определенного типа. Нам не известен точный качественно-количественный состав этих элементов. Но, несомненно одно – количество частиц с Полями Притяжения в этих элементах больше или равно количеству частиц с Полями Отталкивания. Во всех элементах твердых тел (или в их части, если тело состоит из химических соединений) количество частиц с Полями Притяжения значительно преобладает над числом частиц с Полями Отталкивания. Именно поэтому тела, состоящие из таких элементов, твердые – т. е. они не изменяют форму в Поле Притяжения небесного тела, на поверхности которого находятся.

Во всех или в части химических элементов жидких тел количество частиц с Полями Притяжения либо равно, либо преобладает над числом частиц с Полями Отталкивания (хотя преобладает в меньшей степени по сравнению с элементами твердых тел). Именно поэтому тела, состоящие или имеющие в своем составе такие элементы, жидкие, а не твердые или газообразные.

Читайте также:  Сайт на кого ты похож из знаменитостей

Тело падает – т. е. стремится в направлении центра небесного тела – потому что в нем возникает Сила Притяжения со стороны элементов планеты. А точнее, Сила Притяжения возникает в каждой частице каждого химического элемента этого тела.

А теперь, после небольшого объяснительного вступления, постараемся непосредственно ответить на вопрос – почему скорость наблюдаемого падения сквозь атмосферу жидких и твердых тел равномерно нарастает.

Как уже не раз говорилось, химические элементы содержат частицы, как с Полями Притяжения, так и с Полями Отталкивания (причем с разной величиной и тех, и других Полей). Во всех частицах элементов падающих тел возникает Сила Притяжения, направленная к центру планеты. Но в частицах разного качества величина этой Силы разная. У частиц с Полями Притяжения величина Силы Притяжения по отношению к одному и тому же притягивающему объекту всегда больше по сравнению с частицами с Полями Отталкивания. И чем больше величина Поля Притяжения частицы, тем больше Сила Притяжения. Чем больше Поле Отталкивания, тем Сила Притяжения меньше. Сумма Сил Притяжения, возникающих во всех частицах какого-либо падающего элемента, взятая по отношению ко всем этим частицам, будет представлять собой среднее значение Силы Притяжения, действующей в данном химическом элементе. Точно также можно найти среднее значение Силы Притяжения для всех химических элементов, входящих в состав какого-либо падающего тела.

Причем заметьте, частицы с Полями Притяжения увеличивают среднее значение Силы Притяжения, возникающей в элементе, а частицы с Полями Отталкивания – уменьшают.

В пункте, посвященном Силе Притяжения, уже говорилось о том, что чем больше величина Силы Притяжения, возникающей в частице, тем больше скорость движения частицы – т. е. тем быстрее она «падает» в направлении притягивающего объекта. Скорость падения химического элемента соответствует среднему значению Силы Притяжения для данного элемента. А тело, соответственно, падает со скоростью, соответствующей среднему арифметическому Сил Притяжения всех элементов в его составе.

Однако здесь говорится о падении химического элемента или тела, протекающего в идеальных условиях – т. е. в пустом пространстве, когда падению не мешают элементы атмосферы. В реальности, при падении сквозь атмосферу, скорость падения твердых тел очень сильно зависит от их формы, а не только от средней величины Силы Притяжения.

Тело падает со скоростью, соответствующей средней величине Силы Притяжения всех элементов этого тела. При этом данная скорость всегда меньше той, с которой должны падать частицы с Полями Притяжения в составе элементов этого тела, и больше той, с которой должны падать частицы с Полями Отталкивания в составе элементов тела. Таким образом, частицы с Полями Отталкивания движутся не вместе с эфирным потоком в составе Поля Притяжения притягивающего объекта, а относительно него, следствием чего является возникновение инерционного движения частицы. Как вы помните, инерционное движение частиц с Полями Отталкивания имеет прямолинейный и равноускоренный характер. Эфир, испускаемый частицами с Полями Отталкивания, оказывается позади и толкает частицы вперед, к притягивающему их объекту. В процессе инерционного движения скорость частиц с Полями Отталкивания постепенно нарастает, стремясь стать равной скорости испускания ими эфира (т. е. величине их Полей Отталкивания). Частицы с Полями Отталкивания двигаясь, толкают вместе с собой и частицы с Полями Притяжения, соседствующие с ними в составе конгломератов.

Факт, приведенный в начале статьи – большая конечная скорость у более тяжелых тел, хорошо укладывается в концепцию инерции, излагаемую в этой книге. Более тяжелые тела притягиваются с большей Силой Притяжения. Это означает, что в каждый момент времени скорость притяжения такого тела выше. Из-за этого частицы с Полями Отталкивания в составе такого тела будут трансформированы в большей мере, так как избыточный эфир, относительно которого они движутся, будет поступать в них с большей скоростью. Таким образом, более тяжелое тело ускоряется быстрее.

В итоге, химические элементы тела падают все быстрее. В этом и заключен смысл объяснения, почему мы можем наблюдать ускорение падения жидких и твердых тел. И явление инерции можно наблюдать, в том числе, и в процессе падения жидких и твердых тел в Поле Притяжения любого небесного тела, например, Земли.

Если бы причина существования такого явления, как ускорение при свободном падении тел, действительно лежала в законе всемирного тяготения, тогда на каждой определенной высоте над землей существовала некая определенная скорость падения для всех тел, независимо от их массы и времени, прошедшего с начала их падения.

Тем не менее, этого нет. На одной и той же высоте разные тела (да и одни и те же тоже) могут падать с совершенно разной скоростью. Тяжелее тело и дольше падает по времени (с большей высоты) – упадет с большей скоростью. Меньше масса и меньше падает – упадет с меньшей скоростью. В этом может убедиться каждый, хоть бросая вещи с разной высоты и наблюдая эффект, хоть даже при просмотре фильмов – например, как падают разные тела с высоты. Метеориты, камни, да все, что угодно. От падения более тяжелого тела и с большей высоты яма на земле будет несравнимо больше.

Так что, во-первых, причина существования ускорения при падении вовсе не закон тяготения, а закон инерции (хоть и не совсем в той трактовке, что предлагал Ньютон, при всем моем к нему уважении). А во-вторых, тела разной массы ускоряются в разной мере. Более тяжелые ускоряются сильнее. Нужно лишь проводить такие опыты, где сопоставляются падения тел с очень большой разницей в массе, чтобы стала заметна разница в ускорении. Желательно, чтобы еще это были тела с разной плотностью. Например, маленький деревянный шарик и 5-этажный дом из металла (железа). Тогда, наверное, разница будет очень заметна.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector