Dette er et godt spørgsmål. Det kommer op ganske ofte. Hvis du spørger folkene omkring dig, er der to almindelige svar:
astronauter flyder rundt i rummet, fordi der ikke er nogen tyngdekraft i rummet. Alle ved, at jo længere du kommer fra jorden, jo mindre er tyngdekraften. Nå, astronauter er så langt fra Jorden, at tyngdekraften er så lille. Derfor kalder NASA det mikrogravitet.
i rummet kan ingen høre dig skrige. Ved du hvorfor?, Fordi der ikke er luft i rummet. Ingen luft, ingen lyd. Ingen luft, ingen tyngdekraft. Simpel.
Ja, begge disse er forkerte. Men hvorfor?
er tyngdekraften for svag i rummet?
Hvad er tyngdekraften? Det er en interaktion mellem objekter, der har masse. Jorden har masse, og astronauten har masse-så de tiltrækkes. Vi kan modellere denne attraktive kraft med følgende udtryk.,
I denne model for omfanget af den gravitationelle kraft, M1 og m2, er masserne, og r er afstanden mellem centrene af disse to masserne. G er gravitationskonstanten. Den har en værdi på 6,67.10-11 N*m2/kg2. Åh, men hvad med den berømte (eller berygtede) g = 9,8 N/kg? (eller almindeligvis opført i enheder af m / s2) denne værdi er kun for objekter på jordens overflade. Se lige her. Hvis jeg har noget, der sidder på jorden, interagerer det med jorden. Jordens masse er 5.,97 10 1024 kg, og Jordens centrum er 6, 38 away 106 m væk (jordens radius). Lad mig sætte disse værdier i gravitationsmodellen.
Ja, det er ikke 9.8 N/kg. Jeg brugte afrundede værdier i beregningen, så det er slukket bare en smule. Men du får ideen. Jeg kommer af sporet her. Siger dette udtryk ikke, at tyngdekraften bliver svagere, når du kommer længere væk fra jorden? Ja. Men ikke ved har meget som du tror. En typisk højde for en kredsende rumfærge er omkring 360 km over jordens overflade., Antag, at jeg har en 75 kg astronaut. Hvad ville være vægten (tyngdekraften) på astronauten både på overfladen og i kredsløb? Den eneste forskel vil være afstanden mellem astronauten og Jordens centrum.
Og i kredsløb:
Mindre? Ja. Nok til at kalde det “vægtløst”? Ingen. Tyngdekraften i kredsløb er 89% så stor som på overfladen., Så dette er ikke den rigtige forklaring på “vægtløshed”.
hvad med manglen på luft?
Du kan sikkert finde nogle eksempler på, hvorfor dette ikke er årsagen til “vægtløshed”. Her er en, som jeg kan lide. Grundlæggende er det en demonstration af, hvordan en sugekop fungerer. Jeg lavede en video af en masse hængende fra en sugepil inde i en vakuumklokke. (link her) Dette er et billede af massen, før luften blev pumpet ud.
Når luften fjernes, sker der to ting., For det første suger sugekoppen ikke længere (fordi de ikke rigtig suger alligevel). For det andet falder massen. Selvom der i det væsentlige ikke er luft i kammeret, falder massen stadig.
et andet eksempel er månen. Der er ingen luft på månen, men astronauter flyder ikke væk – selv når de hopper. Her er John Youngs”jump salute”.
Og hvad med selve Jorden? Hvorfor kredser det om Solen? Det kredser, fordi der er en tyngdekraft mellem de to objekter., Der er en interaktion, selvom der ikke er luft mellem dem.
hvorfor flyder du så?
måske skal jeg tale om, hvordan du føler dig vægt. Hvad er din tilsyneladende vægt? Lad mig gå videre og sige, at det, du føler lige nu, ikke rigtig er tyngdekraften. Antag, at jeg starter med nogle eksempler.eksempel 1: gå stå i en elevator. Tryk ikke på knapperne. Bare stå der, så elevatoren er i ro. Hvordan har du det? Akavet? Her er et diagram.,
da du er i ro og opholder dig i ro, er du i ligevægt (accelerationen er nul). Hvis din acceleration er nul, skal netkraften også være nul (teknisk set nulvektoren). De to kræfter på dig er kraften fra gulvet, der skubber op og gravitationsinteraktion med jorden, der trækker ned. Størrelsen af disse to kræfter skal være ens for at netkraften skal være nul.eksempel 2: Tryk nu på knappen” op”. I det korte interval, som elevatoren accelererer opad, hvordan har du det? Ængstelig?, Eller måske føler du dig lidt tungere. Hvis din elevator er som den i denne bygning, kan du føle dig frustreret over, hvor langsomt den forbandede ting går. Hvad er det for en underlig lugt? Her er et diagram for den opadgående accelererende elevator (og dig).
I form af styrker, hvad der skal være anderledes? Hvis personen accelererer opad, skal netkraften også være opad. Ved hjælp af de samme to kræfter som ovenfor er der to måder, dette kan ske på., Gulvet kan skubbe mere på dig, eller jorden kan trække mindre. Da tyngdekraften afhænger af din masse, Jordens masse og afstanden mellem dem, ændrer den sig ikke. Det betyder, at gulvet skal skubbe hårdere på dig. Men vent, du føler dig tungere, og alligevel er tyngdekraften den samme.eksempel 3: du nærmer dig øverste etage, og elevatoren skal stoppe. Da det bevæger sig op, men sænker det, skal det accelerere i nedadgående retning.
Nu er den resulterende kraft, skal være i nedadgående retning., Igen ændres størrelsen af tyngdekraften ikke. Det eneste der kan ske er, at gulvet skubber mindre. Herfra føler du dig lettere. Ikke?
sidste eksempel: Antag, at elevatorkablet går i stykker, og at elevatoren falder. I dette tilfælde vil accelerationen af elevatoren være -9,8 m/s2 (ligesom enhver frit faldende genstand). Hvor meget skal gulvet skubbe op på personen for at accelerere ned Ved -9.8 m/s2? Det behøver ikke at skubbe overhovedet. Den kraft gulvet udøver på dig ville være nul. Hvordan ville du have det?, Du ville føle dig bange-jeg mener, at du er i en elevator med kabelsnittet. Hvordan tror du ellers, du ville føle? Nå, måske kunne du være bange og sulten, hvis du var forsinket til frokost eller noget. Du ville føle dig vægtløs. Kunne dette virkelig ske? Helt. Faktisk betaler nogle mennesker endda for at gøre dette., Check ud denne tur, Superman:
Den grundlæggende idé er, at du kommer i bil, det zoomer den lodrette del af banen. Under både at gå op og gå ned dele for bevægelsen er accelerationen -9,8 m / s2, så du føler dig vægtløs. Lad mig opsummere indtil videre:
- i alle disse situationer ændres tyngdekraften ikke.
- i de forskellige situationer har du forskellige accelerationer.,
- jo mindre gulvet skubber på dig, jo lettere føler du.
- hvis gulvet slet ikke skubber på dig, føler du dig vægtløs.
Åh, der er et andet godt eksempel på denne vægtløshed på jorden. Opkastningskometen. Ja, det er ægte. Dybest set er det et fly, der flyver på en måde, at det har en nedadgående acceleration det samme som et frit faldende objekt. Ligesom den faldende elevator, medmindre den ikke rammer jorden.
En mere cool ting om vomit comet., I filmen Apollo 13 blev de vægtløse scener filmet inde i opkastningskometen. På denne måde ville det ikke kun se vægtløst ud, det ville være vægtløst. Det betyder selvfølgelig, at de måtte skyde scener som 30 sekunder ad gangen.
Tilbage til astronauter
astronauterne er i Space Shuttle og Rumfærgen er i kredsløb omkring Jorden. Men accelererer det? Ja. Det accelererer, fordi jorden trækker på den gennem tyngdekraften., Selvom det bevæger sig i en cirkel, accelererer det stadig. Man kan sige, at rumfærgen faktisk falder, da dens bevægelse bestemmes af tyngdekraften. Men da det ikke rigtig kommer tættere på jorden under dens bevægelse, ville det være bedre at kalde det “i kredsløb”. Tænk over det. Antag at du binder en streng til en bold og svinger den rundt om dit hoved i en nær vandret cirkel. Accelererer bolden i en cirkel? Ja. Hvis det accelererer, skal det have en kraft i retning af accelerationen., For bolden ville dette være spændingen i strengen, der trækker den mod midten af cirklen. For et kredsløbsobjekt trækker tyngdekraften på rumfartøjer. Hvad nu hvis du tager en kæmpe bold og snor og svinger den rundt. Hvis du sætter en person inde i bolden, ville den person være vægtløs? Ingen. Forskellen med tyngdekraften er, at den trækker på alle dele af rumfartøjer og alle dele af en persons krop. Hvis du var i en kæmpe cirkulær bevægende bold, ville væggen af bolden nødt til at skubbe på dig. Måske vil dette diagram hjælpe.,
Men hvad nu hvis du faktisk er et sted, hvor den gravitationelle kraft er nul (gerne langt væk fra andre massive objekter)? Kan du få det til at føle, at du har vægt i dette tilfælde? Ja. Dette er i det væsentlige det modsatte af orbitalhuset. Hvis du kan få rumfartøjet til at accelerere med en størrelse på 9, 8 m/s2, vil det føles som om du er på jorden. En måde at accelerere ville være med raketter., Måske ville det være en nyttig ting, hvis du forsøger at komme til en anden stjerne eller noget, fordi du ville få hurtigere og hurtigere. Men hvad nu hvis du ikke rigtig vil gå nogen steder, men du vil føle, at det gør på jorden? Nå, du kunne lave et rumskib, der spinder. Ved at bevæge sig i en cirkel (på indersiden af rumfartøjet), ville du have en acceleration og dermed en netkraft. Her er en astronaut i et roterende rumskib i en region uden tyngdekraft. Ved siden af den astronaut satte jeg et diagram over en person i en elevator., I begge disse tilfælde skubber gulvet op på astronauten med samme størrelse. Disse to mennesker ville i det væsentlige føle det samme (men ikke helt, da toppen af astronautens roterende hoved faktisk bevæger sig anderledes end fødderne).
Og her er et billede fra filmen 2001: A Space Odyssey, der viser mennesker inde i sådan en roterende rum-skib.
Sidste kommentar
Ja. Dette er en redo indlæg., Jeg skrev om dette i 2008, men formateringen var ikke helt rigtig. Dette giver mig en dejlig mulighed for at omskrive det.
