C’est une bonne question. Il arrive assez souvent. Si vous demandez aux gens autour de vous, il y a deux réponses:
les Astronautes flottent dans l’espace car il n’y a pas de gravité dans l’espace. Tout le monde sait que plus vous vous éloignez de la Terre, moins la force gravitationnelle. Eh bien, les astronautes sont si loin de la terre que la gravité est si petite. C’est pourquoi la NASA l’appelle microgravité.
Dans l’espace, personne ne vous entendra crier. Savez-vous pourquoi?, Car il n’y a pas d’air dans l’espace. Pas d’air, pas de son. Pas d’air, pas de gravité. Simple.
Oui, les deux sont mauvais. Mais pourquoi?
Est la force gravitationnelle trop faible dans l’espace?
Quelle est la force gravitationnelle? C’est une interaction entre des objets qui ont de la masse. La Terre a de la masse et l’astronaute a de la masse-ils sont donc attirés. Nous pouvons modéliser cette force attractive avec l’expression suivante.,
Dans ce modèle, l’amplitude de la force gravitationnelle, M1 et m2 sont les masses et r est la distance entre les centres de ces deux masses. G est la constante gravitationnelle. Il a une valeur de 6,67 x 10-11 N * m2 / kg2. Oh, mais qu’en est-il du célèbre (ou infâme) g = 9.8 N / kg? (ou généralement répertorié en unités de m/s2) cette valeur est juste pour les objets à la surface de la Terre. Check this out. Si j’ai quelque chose assis sur le sol, il interagit avec la Terre. La masse de la Terre est de 5.,97 x 1024 kg et le centre de la Terre est à 6,38 x 106 m (le rayon de la Terre). Permettez-moi de mettre ces valeurs dans le modèle gravitationnel.
Oui, ce n’est pas de 9,8 N/kg. J’ai utilisé des valeurs arrondies dans le calcul afin qu’il soit éteint un peu. Mais vous obtenez l’idée. Je suis hors piste ici. Cette expression ne dit – elle pas que la force gravitationnelle s’affaiblit à mesure que vous vous éloignez de la Terre? Oui. Mais pas par a beaucoup que vous pensez. Une hauteur typique pour une navette spatiale en orbite est d’environ 360 km au-dessus de la surface de la Terre., Supposons que j’ai un astronaute de 75 kg. Quel serait le poids (force gravitationnelle) sur l’astronaute à la fois en surface et en orbite? La seule différence sera la distance entre l’astronaute et le centre de la Terre.
Et en orbite:
Petit? Oui. Assez pour l’appeler « en apesanteur »? Aucun. La force gravitationnelle en orbite est 89% aussi grande qu’à la surface., Donc, ce n’est pas l’explication correcte pour « apesanteur ».
Qu’en est-il du manque d’air?
Vous pouvez probablement trouver quelques exemples de pourquoi ce n’est pas la cause de « l’apesanteur ». Voici un que j’aime. Fondamentalement, c’est une démonstration du fonctionnement d’une ventouse. J’ai fait une vidéo d’une masse suspendue à partir d’une suceuse de dard à l’intérieur d’une cloche. (lien ici) Ceci est une image de la masse avant que l’air ne soit pompé.
Lorsque l’air est enlevé, deux choses se produisent., Tout d’abord, la ventouse ne suce plus (car ils ne sucent pas vraiment de toute façon). Deuxièmement, la masse tombe. Même s’il n’y a pratiquement pas d’air dans la chambre, la masse tombe toujours.
un Autre exemple est la lune. Il n’y a pas d’air sur la Lune, mais les astronautes ne flottent pas, même lorsqu’ils sautent. Voici « Jump salute » de John Young.
Et ce que sur la Terre elle-même? Pourquoi orbite-t-il autour du Soleil? Il orbite parce qu’il y a une force gravitationnelle entre les deux objets., Il y a une interaction même s’il n’y a pas d’air entre eux.
Alors pourquoi avez-vous flotter?
peut-être que je devrais parler de la façon dont vous vous sentez le poids. Quel est votre poids apparent? Permettez-moi d’aller de l’avant et de dire que ce que vous ressentez en ce moment n’est pas vraiment la gravité. Supposons que je commence par quelques exemples.
Exemple 1: Allez debout dans un ascenseur. Ne pas appuyer sur les boutons. Il suffit de rester là pour que l’ascenseur soit au repos. Comment te sens-tu? Maladroit? Voici un diagramme.,
Depuis que vous êtes au repos et à rester au repos, vous êtes en équilibre (accélération est nulle). Si votre accélération est nulle, la force nette doit également être nulle (techniquement, le vecteur zéro). Les deux forces sur vous sont la force du sol poussant vers le haut et l’interaction gravitationnelle avec la Terre tirant vers le bas. Les grandeurs de ces deux forces doivent être égales pour que la force nette soit nulle.
exemple 2: Appuyez maintenant sur le bouton « up ». Pendant le court intervalle que l’ascenseur accélère vers le haut, comment vous sentez-vous? Anxieux?, Ou peut-être que vous vous sentez un peu plus lourd. Si votre ascenseur est comme celui de ce bâtiment,vous pourriez vous sentir frustré par la lenteur de la chose. Et quelle est cette drôle d’odeur? Voici un schéma pour l’ascenseur d’accélération ascendante (et vous).
En termes de forces, de ce que doit être différente? Si la personne accélère vers le haut, la force nette doit également être vers le haut. En utilisant les mêmes deux forces que ci-dessus, cela peut se produire de deux façons., Le sol peut pousser plus sur vous, ou la Terre peut tirer moins. Puisque la force gravitationnelle dépend de votre masse, de la masse de la Terre et de la distance entre celles-ci, elle ne change pas. Cela signifie que le sol doit pousser plus fort sur vous. Mais attendez, vous vous sentez plus lourd et pourtant, la force gravitationnelle est la même.
exemple 3: vous approchez du dernier étage et l’ascenseur doit s’arrêter. Comme il se déplaçait vers le haut, mais en ralentissant, il doit accélérer dans la direction descendante.
Maintenant, la force nette doit être dans la direction vers le bas., Encore une fois, l’ampleur de la force gravitationnelle ne change pas. La seule chose qui peut arriver est que le sol pousse moins. De cela, vous vous sentez plus léger. Droit?
dernier exemple: supposons que le câble de l’ascenseur se casse et que l’ascenseur tombe. Dans ce cas, l’accélération de l’ascenseur sera de -9,8 m/s2 (comme tout objet en chute libre). Combien le sol devrait-il pousser sur la personne pour accélérer à -9,8 m/s2? Il n’aurait pas à pousser du tout. La force que le sol exerce sur vous serait nulle. Comment vous sentiriez-vous?, Vous auriez peur – je veux dire que vous êtes dans un ascenseur avec le câble coupé. Sinon, comment pensez-vous vous sentir? Eh bien, peut-être que vous pourriez avoir peur et faim si vous étiez en retard pour le déjeuner ou quelque chose comme ça. Tu te sentirais en apesanteur. Cela pourrait-il vraiment se passer? Absolument. En fait, certaines personnes paient même pour le faire., Découvrez ce tour, Superman:
L’idée de base est que vous obtenez dans la voiture, il zoome sur la partie verticale de la piste. Pendant les deux parties montantes et descendantes du mouvement, l’accélération est de -9,8 m / s2, vous vous sentez donc en apesanteur. Permettez-moi de résumer jusqu’à présent:
- dans toutes ces situations, la force gravitationnelle ne change pas.
- Pour les différentes situations, vous avez différentes accélérations.,
- moins le sol vous pousse, plus vous vous sentez léger.
- si le sol ne vous pousse pas du tout, vous vous sentez en apesanteur.
Oh, il y a un autre grand exemple de cette apesanteur sur Terre. La comète du vomi. Oui, c’est vrai. Fondamentalement, c’est un avion qui vole de manière à avoir une accélération vers le bas identique à celle d’un objet en chute libre. Tout comme l’ascenseur qui tombe, sauf qu’il ne touche pas le sol.
Une chose de plus cool sur la comète à vomir., Dans le film Apollo 13, les scènes en apesanteur ont été filmées à l’intérieur de la comète vomit. De cette façon, il ne serait pas seulement en apesanteur, il serait en apesanteur. Bien sûr, cela signifie qu’ils ont tourné des scènes comme 30 secondes à la fois.
Retour aux astronautes
Les astronautes dans la Navette Spatiale et de la Navette Spatiale en orbite autour de la Terre. Mais est-il en accélérant? Oui. Il accélère parce que la Terre tire dessus par la force gravitationnelle., Même s’il se déplace en cercle, il accélère toujours. On pourrait dire que la navette spatiale est en effet en train de tomber puisque son mouvement est déterminé par la force gravitationnelle. Cependant, comme il ne se rapproche pas vraiment de la Terre lors de son mouvement, il serait préférable de l’appeler « en orbite ». Pensez à ceci. Supposons que vous attachiez une ficelle à une balle et que vous la balançiez autour de votre tête dans un cercle presque horizontal. La balle se déplaçant en cercle s’accélère-t-elle? Oui. S’il accélère, il doit avoir une force dans le sens de l’accélération., Pour la balle, ce serait la tension dans la corde qui la tire vers le centre du cercle. Pour un objet en orbite, la force gravitationnelle tire sur le vaisseau spatial. Eh bien, et si vous prenez une balle géante et une ficelle et que vous la balancez. Si vous mettez une personne à l’intérieur du ballon, cette personne serait-elle en apesanteur? Aucun. La différence avec la gravité est qu’elle tire sur toutes les parties du vaisseau spatial et toutes les parties du corps d’une personne. Si vous étiez dans une boule mobile circulaire géante, le mur de la balle devrait vous pousser. Peut-être que ce schéma va nous aider.,
Mais que faire si vous êtes réellement dans un endroit où la force gravitationnelle est de zéro (comme jusqu’à présent à l’écart des autres objets massifs)? Pouvez-vous faire sentir que vous avez du poids dans ce cas? Oui. C’est essentiellement le contraire du cas orbital. Si vous pouvez faire accélérer le vaisseau spatial avec une magnitude de 9,8 m/s2, vous vous sentirez comme sur Terre. Une façon d’accélérer serait avec des roquettes., Peut-être que ce serait une chose utile si vous essayez d’atteindre une autre étoile ou quelque chose parce que vous deviendriez de plus en plus rapide. Mais que se passe – t-il si vous ne voulez pas vraiment aller nulle part, mais que vous voulez vous sentir comme sur Terre? Eh bien, vous pourriez faire un vaisseau spatial qui tourne. En se déplaçant en cercle (à l’intérieur du vaisseau spatial), vous auriez une accélération et donc une force nette. Voici un astronaute dans un vaisseau spatial en rotation dans une région sans gravité. À côté de cet astronaute, j’ai mis un diagramme d’une personne dans un ascenseur., Dans ces deux cas, le sol pousse sur l’astronaute avec la même ampleur. Ces deux personnes ressentiraient essentiellement la même chose (mais pas tout à fait puisque le sommet de la tête tournante de l’astronaute se déplace différemment des pieds).
Et voici une photo du film 2001: l’Odyssée de l’Espace montrant des gens à l’intérieur d’une rotation de vaisseau spatial.
Note Finale
Oui. Ceci est un post refaire., J’ai écrit à ce sujet en 2008, mais le formatage n’était pas tout à fait correct. Cela me donne une belle occasion de le réécrire.
