– Tämä on suuri kysymys. Se tulee esiin aika usein. Jos kysyt ihmisiä ympärilläsi, on olemassa kaksi yhteistä vastauksia:
Astronautit kellumaan avaruudessa, koska siellä ei ole painovoimaa avaruudessa. Kaikki tietävät, että mitä kauemmas maasta pääsee, sitä vähemmän painovoima on. Astronautit ovat niin kaukana Maasta, että painovoima on niin pieni. Siksi NASA kutsuu sitä microgravityksi.
avaruudessa kukaan ei kuule huutoasi. Tiedätkö miksi?, Koska avaruudessa ei ole ilmaa. Ei ilmaa, ei ääntä. Ei ilmaa, ei painovoimaa. Yksinkertainen.
Kyllä, molemmat ovat väärässä. Mutta miksi?
On, että vetovoima on liian heikko avaruudessa?
Mikä on painovoima? Se on vuorovaikutusta sellaisten esineiden välillä, joilla on massaa. Maassa on massaa ja astronautilla massaa – joten he ovat viehättyneitä. Voimme mallintaa tämän houkuttelevan voiman seuraavalla ilmaisulla.,
tässä mallissa suuruus vetovoima, M1 ja m2 ovat massat ja r on etäisyys keskuksista nämä kaksi massat. G on gravitaatiovakio. Sen arvo on 6,67 x 10-11 N*m2/kg2. Entä kuuluisa (tai pahamaineinen) g = 9,8 n / kg? (tai yleisesti lueteltu yksiköissä m/s2), että arvo on vain kohteita maan pinnalla. Katso tätä. Jos minulla on jotain maassa, se on vuorovaikutuksessa maan kanssa. Maan massa on 5.,97 x 1024 kg ja maan keskipiste on 6,38 x 106 metrin päässä (maan säde). Laitan nämä arvot gravitaatiomalliin.
Kyllä, se ei ole 9.8 N/kg. Käytin laskelmassa pyöristettyjä arvoja niin, että se on pois vain vähän. Mutta sinä tajuat. En pysy kärryillä. Eikö tässä ilmauksessa sanota, että painovoima heikkenee, kun pääsee kauemmas maasta? Kyllä. Mutta ei ole niin paljon kuin luulet. Kiertävän avaruussukkulan tyypillinen korkeus on noin 360 kilometriä maan pinnan yläpuolella., Oletetaan, että minulla on 75-kiloinen astronautti. Mikä olisi astronautin paino (gravitaatiovoima) sekä pinnalla että kiertoradalla? Ainoa ero on astronautin ja maan keskustan välinen etäisyys.
Ja kiertoradalla:
Pienempi? Kyllä. Riittääkö se ”painottomaksi”? Ei. Vetovoima kiertoradalla on 89% yhtä suuri kuin pinnalla., Tämä ei siis ole oikea selitys ”painottomuudelle”.
entä ilman puute?
Voit todennäköisesti löytää esimerkkejä siitä, miksi tämä ei ole syy ”painottomuus”. Tässä on yksi, josta pidän. Pohjimmiltaan, se on osoitus siitä, miten imukuppi toimii. Tein videon imutuolista roikkuvasta massasta tyhjökellon sisällä. (linkki tähän) tässä on kuva massasta ennen kuin ilma pumpattiin ulos.
Kun ilma on poistettu, kaksi asiaa tapahtuu., Ensinnäkin imukuppi ei ole enää syvältä (koska ne eivät oikeasti ime muutenkaan). Toiseksi, massa putoaa. Vaikka kammiossa ei periaatteessa ole ilmaa, massa laskee silti.
Toinen esimerkki on kuu. Kuussa ei ole ilmaa, mutta astronautit eivät kellu pois-edes hypätessään. Tässä on John Youngin ”hyppytervehdys”.
entä itse Maahan? Miksi se kiertää Aurinkoa? Se kiertää, koska kappaleiden välillä on painovoima., On vuorovaikutusta, vaikka niiden välillä ei ole ilmaa.
miksi Sitten kellua?
ehkä minun pitäisi puhua siitä, miltä sinusta tuntuu paino. Mikä on näennäinen painosi? Sanon vain, että se, mitä tunnet, ei ole painovoimaa. Aloitan muutamista esimerkeistä.
Esimerkki 1: Mene seisomaan hissiin. Älä paina nappeja. Seiso siinä niin, että hissi on levossa. Miltä tuntuu? Kiusallista? Tässä on kaavio.,
Kun olet levossa ja pysyä levossa, olet tasapainossa (kiihtyvyys on nolla). Jos kiihtyvyys on nolla, nettovoiman on oltava myös nolla (teknisesti nollavektori). Kaksi voimat olet voima lattiasta nousevat ja painovoiman vuorovaikutus Maan kanssa vetämällä alas. Näiden kahden voiman magnitudin on oltava yhtä suuri, jotta nettovoima olisi nolla.
Esimerkki 2: Paina nyt ”ylös” – painiketta. Miltä sinusta tuntuu, kun hissi kiihtyy nopeasti ylöspäin? Ahdistunut?, Tai ehkä tunnet olosi hieman raskaammaksi. Jos hissi on samanlainen kuin tässä rakennuksessa, voi turhautua siihen, miten hitossa se menee. Mikä tuo hassu haju on? Tässä on kaavio ylöspäin kiihdyttävästä hissistä (ja sinusta).
kannalta voimat, mitä on olla erilainen? Jos henkilö kiihdyttää ylöspäin, nettovoiman on oltava myös ylöspäin. Käyttämällä samoja kahta voimaa kuin edellä, on olemassa kaksi tapaa, joilla tämä voi tapahtua., Lattia voi painaa enemmän päälle, tai maa voi vetää vähemmän. Koska painovoima riippuu massastasi, maan massasta ja niiden välisestä etäisyydestä, se ei muutu. Tämä tarkoittaa sitä, että lattian täytyy painaa kovemmin päälle. Mutta hetkinen, tunnet olosi raskaammaksi ja silti painovoima on sama.
esimerkki 3: lähestyt ylintä kerrosta ja hissin on pysähdyttävä. Koska se oli siirtymässä ylöspäin, mutta hidastamalla sen on kiihdyttävä alaspäin suuntaan.
Nyt nettovoima on oltava alaspäin., Gravitaatiovoiman suuruus ei myöskään muutu. Ainut asia, mitä voi tapahtua, on se, että lattia painaa vähemmän. Tästä tuntuu kevyemmältä. Eikö niin?
viimeinen esimerkki: Oletetaan, että hissin kaapeli katkeaa ja hissi putoaa. Tällöin hissin kiihtyvyys on -9,8 m / s2 (aivan kuten mikä tahansa vapaasti putoava esine). Kuinka paljon lattia täytyy työntää ylös henkilön nopeuttaa alas -9.8 m/s2? Sen ei tarvitsisi työntää lainkaan. Voima, jonka lattia kohdistaa sinuun, olisi nolla. Miltä sinusta tuntuisi?, Pelkäisit-tarkoitan, että olet hississä, jossa kaapeli on katkaistu. Miltä muuten sinusta tuntuisi? Ehkä voisit olla peloissasi ja nälkäinen, jos myöhästyisit lounaalta tai jotain. Tuntisit itsesi painottomaksi. Voiko näin todella käydä? Täysin. Jotkut jopa maksavat tästä., Tutustu tämän ratsastaa, Superman:
perusajatuksena on, että saat auton, se zoomaa jopa pystysuora osa radalla. Sekä ylös-että alaspäin mentäessä osat fo liike, kiihtyvyys on -9,8 m / s2 joten tunnet painoton. Saanen yhteenveto tähän mennessä:
- kaikissa näissä tilanteissa, vetovoima ei muutu.
- eri tilanteissa on erilaisia kiihdytyksiä.,
- mitä vähemmän lattia painaa päälle, sitä kevyempi olo.
- Jos lattia ei paina päälle ollenkaan, olo on painoton.
Oh, on toinen suuri esimerkki tästä painottomuudesta maan päällä. Oksennuskomeetta. Kyllä, se on totta. Periaatteessa kyseessä on lentokone, joka lentää siten, että sen syöksykiihtyvyys on sama kuin vapaan putoavan esineen. Aivan kuten putoava hissi, mutta se ei osu maahan.
Yksi cool juttu vomit comet., Apollo 13-elokuvassa painottomat kohtaukset kuvattiin oksennuskomeetan sisällä. Näin se ei näyttäisi vain painottomalta, vaan painottomalta. Tämä tarkoittaa tietysti sitä, että kohtauksia jouduttiin kuvaamaan 30 sekuntia kerrallaan.
Takaisin astronautit
astronautit ovat avaruussukkula ja avaruussukkula on kiertoradalla Maapallon ympäri. Mutta kiihtyykö se? Kyllä. Se kiihtyy, koska Maa vetää sitä kautta vetovoiman., Vaikka se liikkuu ympyrässä, se kiihtyy silti. Voisi sanoa, avaruussukkula on todellakin laskussa, koska sen liike määräytyy vetovoima. Kuitenkin, koska se ei oikeastaan päästä lähemmäksi maata sen liikkeen aikana, olisi parempi kutsua sitä ”kiertoradalla”. Ajattele tätä. Oletetaan, että sidot narun palloon ja heilautat sitä pääsi ympäri lähes vaakasuorassa ympyrässä. Kiihtyykö ympyrässä liikkuva pallo? Kyllä. Jos se kiihtyy, sillä on oltava voima kiihdytyksen suuntaan., Pallo, tämä olisi jännitystä merkkijono, joka vetää sitä kohti keskelle ympyrää. Kiertävää kohdetta varten painovoima vetää avaruusaluksia. Mitä jos otat jättipallon ja narun ja heilutat sitä. Jos laitat ihmisen pallon sisään, olisiko hän painoton? Ei. Ero painovoimaan on siinä, että se vetää päälle kaikki avaruusaluksen osat ja kaikki ihmisen ruumiinosat. Jos olisi jättimäisessä pyöröpallossa, pallon muuri joutuisi puskemaan päälle. Ehkä tämä kaavio auttaa.,
Mutta mitä jos olet todella paikka, jossa painovoima on nolla (kuten kaukana muiden massiivinen esineitä)? Saatko sen tuntumaan siltä, että sinulla on painoa tässä tapauksessa? Kyllä. Tämä on pohjimmiltaan vastakohta kiertoradan tapauksessa. Jos avaruusaluksen saa kiihdyttämään magnitudilla 9,8 m/s2, se tuntuu aivan kuin olisit maassa. Yksi tapa kiihdyttää olisi raketit., Ehkä tämä olisi hyödyllinen asia, jos yrität päästä toiseen tähteen tai jotain, koska saisit nopeammin ja nopeammin. Mutta entä jos et oikeasti halua mennä minnekään, mutta haluat tuntea, että se tekee maan päällä? Voisit tehdä avaruusaluksen, joka pyörii. Liikkumalla ympyrässä (avaruusaluksen sisäpuolella) olisi kiihdytys ja siten nettovoima. Tässä on astronautti pyörivässä avaruusaluksessa alueella, jolla ei ole painovoimaa. Astronautin viereen laitoin kuvan ihmisestä hississä., Kummassakin tapauksessa lattia työntyy astronautin päälle saman suuruisena. Nämä kaksi ihmistä tuntisivat periaatteessa samoin (mutta ei aivan, koska top fo astronautin pyörivä pää liikkuu todellisuudessa eri tavalla kuin jalat).
Ja tässä on ammuttu elokuvasta 2001: A Space Odyssey, osoittaa ihmisiä sisällä, kuten pyörivä avaruusalus.
lopuksi
– Kyllä. Tämä on uusi viesti., Kirjoitin tästä vuonna 2008, mutta muotoilu ei ollut aivan kohdallaan. Tämä antaa minulle mukavan mahdollisuuden kirjoittaa se uudelleen.
