to je skvělá otázka. Objevuje se poměrně často. Pokud se zeptáte lidí kolem vás, existují dvě společné odpovědi:
astronauti se vznášejí ve vesmíru, protože ve vesmíru není gravitace. Každý ví, že čím dál se dostanete ze země, tím méně je gravitační síla. Astronauti jsou tak daleko od země, že gravitace je tak malá. Proto to NASA nazývá mikrogravitací.
ve vesmíru vás nikdo neslyší křičet. Víš proč?, Protože ve vesmíru není žádný vzduch. Žádný vzduch, žádný zvuk. Žádný vzduch, žádná gravitace. Jednoduchý.
Ano, oba jsou špatné. Ale proč?
Je gravitační síla příliš slabá ve vesmíru?
jaká je gravitační síla? Jedná se o interakci mezi objekty, které mají hmotnost. Země má hmotnost a astronaut má hmotnost-takže jsou přitahovány. Tuto atraktivní sílu můžeme modelovat následujícím výrazem.,
V tomto modelu pro velikost gravitační síly, M1 a m2 jsou hmotnosti a r je vzdálenost mezi středy těchto dvou masy. G je gravitační konstanta. Má hodnotu 6,67 x 10-11 N * m2 / kg2. Ale co slavný (nebo neslavný) g = 9,8 N/kg? (nebo běžně uvedené v jednotkách m/s2) tato hodnota je jen pro objekty na povrchu Země. Koukni na tohle. Pokud mám něco, co sedí na zemi, interaguje se zemí. Hmotnost Země je 5.,97 x 1024 kg a střed Země je 6.38 x 106 m (poloměr Země). Dovolte mi dát tyto hodnoty do gravitačního modelu.
Ano, to není 9,8 N / kg. Při výpočtu jsem použil zaokrouhlené hodnoty, takže je trochu vypnutý. Ale ty to chápeš. Začínám být mimo. Neříká tento výraz, že gravitační síla je slabší, když se dostanete dál od země? Ano. Ale ne tím, co si myslíte. Typická výška obíhajícího raketoplánu je asi 360 km nad povrchem země., Předpokládám, že mám 75 kg Astronauta. Jaká by byla hmotnost (gravitační síla) na astronautovi jak na povrchu, tak na oběžné dráze? Jediným rozdílem bude vzdálenost mezi astronautem a středem Země.
A na oběžnou dráhu:
Menší? Ano. Stačí to nazvat „beztížným“? Č. Gravitační síla na oběžné dráze je 89% tak velká jako na povrchu., Takže to není správné vysvětlení „beztíže“.
a co nedostatek vzduchu?
pravděpodobně najdete několik příkladů, proč to není příčinou „beztíže“. Tady je ten, který se mi líbí. V podstatě je to ukázka toho, jak funguje přísavka. Udělal jsem video hmoty visící ze sací šipky uvnitř vakuového zvonu. (odkaz zde) toto je obrázek hmoty před čerpáním vzduchu.
když je vzduch odstraněn, dějí se dvě věci., Za prvé, přísavka již není nasávána(protože stejně opravdu nekouří). Za druhé, hmotnost klesá. I když v komoře není v podstatě žádný vzduch, hmota stále klesá.
dalším příkladem je měsíc. Na Měsíci není žádný vzduch, ale astronauti neplavou – i když skočí. Zde je „jump salute“ Johna Younga.
a co samotná země? Proč obíhá kolem Slunce? Obíhá, protože mezi oběma objekty existuje gravitační síla., Existuje interakce, i když mezi nimi není žádný vzduch.
tak proč plavete?
možná bych měl mluvit o tom, jak cítíte váhu. Jaká je vaše zdánlivá váha? Dovolte mi, abych řekl, že to, co právě teď cítíte, není opravdu gravitace. Předpokládám, že začnu s některými příklady.
Příklad 1: Jděte stát ve výtahu. Netlačte na tlačítka. Stačí tam stát, aby byl výtah v klidu. Jak se cítíš? Trapné? Zde je schéma.,
protože jste v klidu a zůstáváte v klidu, jste v rovnováze (zrychlení je nulové). Pokud je vaše zrychlení nulové, musí být čistá síla také nulová (technicky nulový vektor). Dvě síly na vás jsou síla z podlahy tlačí nahoru a gravitační interakce se zemí Stahuje dolů. Veličiny těchto dvou sil musí být stejné, aby čistá síla byla nulová.
příklad 2: Nyní stiskněte tlačítko“ nahoru“. Během krátkého intervalu, který výtah zrychluje nahoru, jak se cítíte? Úzkost?, Nebo se možná cítíte trochu těžší. Pokud je váš výtah jako ten v této budově, můžete se cítit frustrovaní z toho, jak pomalá ta zatracená věc jde. A co je to za smrad? Zde je diagram pro vzestupný zrychlující výtah (a vy).
z hlediska síly, co má být jinak? Pokud se osoba zrychluje nahoru, musí být čistá síla také nahoru. Použitím stejných dvou sil jako výše, existují dva způsoby, jak se to může stát., Podlaha může tlačit více na vás, nebo země může táhnout méně. Protože gravitační síla závisí na vaší hmotnosti, hmotnosti Země a vzdálenosti mezi nimi, nemění se. To znamená, že podlaha musí na vás tlačit tvrději. Ale počkejte, cítíte se těžší a přesto je gravitační síla stejná.
příklad 3: blížíte se k hornímu patře a výtah musí zastavit. Vzhledem k tomu, že se pohybuje nahoru, ale zpomaluje, musí zrychlit směrem dolů.
nyní musí být čistá síla ve směru dolů., Opět platí, že velikost gravitační síly se nemění. Jediné, co se může stát, je, aby podlaha tlačila méně. Z toho se cítíte lehčí. Že?
poslední příklad: Předpokládejme, že se kabel výtahu rozbije a výtah spadne. V tomto případě bude zrychlení výtahu -9,8 m / s2 (stejně jako jakýkoli volně padající objekt). Kolik by podlaha musela tlačit nahoru na osobu, aby zrychlila na -9.8 m / s2? Nemuselo by to vůbec tlačit. Síla, kterou na vás podlaha působí, by byla nulová. Jak se cítíš?, Měli byste se bát-myslím, že jste ve výtahu s přerušeným kabelem. Jak jinak si myslíš, že by ses cítil? No, možná bys mohl mít strach a hlad, kdybys přišel pozdě na oběd nebo tak něco. Cítil bys se beztíže. Mohlo by se to opravdu stát? Naprosto. Ve skutečnosti někteří lidé dokonce platí za to., Podívejte se na tuto jízdu, Superman:
základní myšlenkou je, že se dostanete do auta, to se přiblíží až k vertikální části trati. Během obou nahoru a dolů díly fo pohybu, zrychlení je -9.8 m/s2, takže máte pocit bez tíže. Dovolte mi shrnout zatím:
- ve všech těchto situacích se gravitační síla nemění.
- pro různé situace máte různé zrychlení.,
- čím méně vás podlaha tlačí, tím lehčí cítíte.
- pokud vás podlaha vůbec netlačí, cítíte se beztížně.
Oh, existuje další skvělý příklad této beztíže na Zemi. Zvratková kometa. Ano, Je to skutečné. V podstatě je to rovina, která letí tak, že má zrychlení dolů stejné jako volný padající objekt. Stejně jako padající výtah, až na to, že nenarazí na zem.
ještě jedna skvělá věc o zvracení komety., Ve filmu Apollo 13 byly beztížné scény natočeny uvnitř komety. Tímto způsobem by to nevypadalo jen beztížně, bylo by to beztížné. Samozřejmě to znamená, že museli střílet scény jako 30 sekund najednou.
Zpět na astronauty
kosmonauti v Raketoplánu a pokud je Raketoplán na oběžné dráze kolem Země. Ale zrychluje se? Ano. Zrychluje se, protože země na ni táhne gravitační silou., I když se pohybuje v kruhu, stále se zrychluje. Dalo by se říci, že raketoplán skutečně klesá, protože jeho pohyb je určen gravitační silou. Vzhledem k tomu, že se během svého pohybu opravdu nepřiblíží k zemi, bylo by lepší ji nazvat „na oběžné dráze“. Mysli na to. Předpokládejme, že vázáte řetězec na míč a otočíte ho kolem hlavy v téměř vodorovném kruhu. Zrychluje se míč pohybující se v kruhu? Ano. Pokud se zrychlí, musí mít sílu ve směru zrychlení., Pro míč by to bylo napětí v řetězci, které ho táhne směrem ke středu kruhu. Pro obíhající objekt gravitační síla táhne kosmickou loď. No, co když si vezmete obří míč a řetězec a otočíte ho. Pokud dáte člověka do míče, by tato osoba byla beztížná? Č. Rozdíl s gravitací spočívá v tom, že táhne všechny části kosmické lodi a všechny části těla člověka. Pokud jste byli v obrovském kruhovém pohyblivém míči, stěna míče by vás musela tlačit. Možná tento diagram pomůže.,
Ale co když jste skutečně v místě, kde gravitační síla je nulová (jako daleko od další masivní objekty)? Můžete mít pocit, že máte váhu v tomto případě? Ano. To je v podstatě opak orbitálního případu. Pokud můžete kosmickou loď zrychlit o velikosti 9,8 m / s2, bude se cítit stejně jako na Zemi. Jedním ze způsobů, jak zrychlit, by byly rakety., Možná by to byla užitečná věc, pokud se snažíte dostat k jiné hvězdě nebo tak něco, protože byste se dostali rychleji a rychleji. Ale co když opravdu nechcete nikam jít, ale chcete mít pocit, že to dělá na Zemi? No, mohl bys udělat vesmírnou loď, která se točí. Pohybem v kruhu (na vnitřní straně kosmické lodi) byste měli zrychlení a tím i čistou sílu. Zde je astronaut v rotující vesmírné lodi v oblasti bez gravitace. Vedle toho Astronauta jsem dal schéma osoby do výtahu., V obou těchto případech se podlaha tlačí na astronauta se stejnou velikostí. Tito dva lidé by se v podstatě cítili stejně (ale ne úplně, protože horní fo rotující hlava Astronauta se ve skutečnosti pohybuje jinak než nohy).
A tady je záběr z filmu 2001: Vesmírná Odysea ukazuje lidem uvnitř jako rotující vesmírné lodi.
závěrečná poznámka
Ano. Jedná se o redo post., Psal jsem o tom v roce 2008, ale formátování nebylo úplně správné. To mi dává pěknou příležitost to znovu napsat.
