Dette er et godt spørsmål. Det kommer opp ganske ofte. Hvis du spør folk rundt deg, er det to felles svar:
Astronauter flyte rundt i rommet fordi det er ingen gravitasjon i rommet. Alle vet at jo lenger du kommer fra Jorden, er det mindre gravitasjonskraft er. Vel, astronauter er så langt fra Jorda at tyngdekraften er så liten. Dette er grunnen til at NASA kaller det også mikrogravitasjon og nullgravitasjon.
I verdensrommet kan ingen høre deg skrike. Vet du hvorfor?, Fordi det er ingen luft i rommet. Ingen adgang, ingen lyd. Ingen adgang, ingen gravity. Enkel.
Ja, begge disse er galt. Men hvorfor?
Er gravitasjonskraft for svak i verdensrommet?
Hva er gravitasjonskraft? Det er en interaksjon mellom objekter som har masse. Jorden har masse og astronaut har masse – så de er tiltrukket av. Vi kan modellere dette attraktive kraft med følgende uttrykk.,
I denne modellen for omfanget av gravitasjonskraft, M1 og m2 er massene og r er avstanden mellom midtpunktene av disse to massene. G er den gravitasjonelle konstant. Det har en verdi av 6.67 x 10-11 N*m2/kg2. Oh, men hva om den berømte (eller beryktede) g = 9.8 N/kg? (eller ofte oppført i enheter av m/s2) At verdien er for objekter på overflaten av Jorden. Sjekk ut dette. Hvis jeg har noe å sitte på bakken, det er i samspill med Jorden. Massen av Jorden er 5.,97 x 1024 kg og center of the Earth er 6.38 x 106 m unna (radius av Jorden). La meg sette disse verdiene inn i gravitasjons-modellen.
Ja, det er ikke 9.8 N/kg. Jeg brukte avrundede verdier i beregningen slik at det er av litt. Men du får ideen. Jeg får av spor her. Betyr ikke dette uttrykket sier at sentrifugalkraften blir svakere etter hvert som du kommer lenger bort fra Jorden? Ja. Men ikke har mye som du tror. En typisk høyde for en bane Romfergen er ca 360 km over overflaten av Jorden., Anta at jeg har en 75 kg astronaut. Hva ville være det vekt (gravitasjonskraft) på astronaut både på overflaten og i bane? Den eneste forskjellen vil være avstanden mellom astronaut og sentrum av Jorden.
Og i bane:
Mindre? Ja. Nok til å kalle det «vektløs»? Ingen. Den gravitasjonskraft i bane er 89% så stor som på overflaten., Så, dette er ikke den riktige forklaringen for «vektløshet».
Hva om mangel på luft?
Du kan sikkert finne noen eksempler på hvorfor dette ikke er årsaken til «vektløshet». Her er en som jeg liker. I utgangspunktet er det en demonstrasjon av hvordan en sugekopp fungerer. Jeg laget en video av en masse hengende fra et sug dart inne i et vakuum bell. (link her) Dette er et bilde av massen før luften ble pumpet ut.
Når luften er fjernet, kan to ting skje., Først sugekoppen ikke lenger suger (fordi de egentlig ikke suge uansett). For det andre, masse falls. Selv om det er egentlig ingen luften i kammeret, massen fortsatt faller.
et Annet eksempel er månen. Det er ingen air på månen, men astronauter ikke borte – selv når de hopper. Her er John Young ‘ s «hoppe salute».
Og hva med selve Jorden? Hvorfor gjør det i bane rundt Solen? Det baner fordi det er en gravitasjonskraft mellom to objekter., Det er en interaksjon selv om det ikke er luft mellom dem.
Så hvorfor gjør du svever?
Kanskje jeg burde snakke om hvordan du føler vekt. Hva er din relativ vekt? La meg gå videre og si at hva du føler akkurat nå er egentlig ikke tyngdekraften. Antar at jeg begynner med noen eksempler.
Eksempel 1: Gå og stå i en heis. Ikke trykk på knappene. Bare stå der slik at heisen er i ro. Hvordan føler du deg? Vanskelig? Her er et diagram.,
Siden du er i ro og som bor på resten, du er i likevekt (akselerasjon er null). Hvis akselerasjonen er null, netto kraft må også være null (teknisk, null vektor). De to kreftene på du er kraften fra gulvet skyve opp og gravitasjonsfelt interaksjon med Jorden trekker ned. Størrelsene på disse to kreftene må være lik for netto kraft til å være null.
Eksempel 2: Nå trykk på «opp» – knappen. I løpet av den korte intervall som heisen akselererer oppover, hvordan føler du deg? Engstelig?, Eller kanskje du føler deg en smule litt tyngre. Hvis heisen er som den ene i denne bygningen, kan du føle frustrert over hvor sakte den jævla ting går. Og hva er det morsomt for en lukt? Her er et diagram for den oppadgående akselererende heis (og du).
I form av krefter, hva har det å være annerledes? Hvis personen er akselererende oppover, netto kraft må også være oppover. Ved hjelp av de samme to krefter som ovenfor, er det to måter dette kan skje., Gulvet kan skyve MER på deg, eller Jorden kan trekke MINDRE. Siden gravitasjonskraft avhenger av din vekt, Jordens masse og avstand mellom disse, kan den ikke endres. Dette betyr at gulvet må presse hardere på deg. Men vent, du føler tyngre og likevel gravitasjonskraft er den samme.
Eksempel 3: Du nærmer oss øverste etasje og heis har til å stoppe. Siden det var å flytte opp, men sakker det har å akselerere i nedadgående retning.
Nå netto kraft som må være i nedadgående retning., Igjen, omfanget av gravitasjonskraft ikke endres. Det eneste som kan skje er til gulvet for å presse mindre. Fra dette, føler du deg lettere. Høyre?
Siste Eksempel: la oss Anta at heisen kabel-bryter og heisen faller. I dette tilfellet, akselerasjon av heis vil være -9.8 m/s2 (akkurat som alle gratis fallende gjenstand). Hvor mye ville gulvet må presse deg opp på person til å akselerere ned på -9.8 m/s2? Det ville ikke må presse i det hele tatt. Styrken gulvet utøver på at du ville være null. Hvordan ville du føle deg?, Ville du føle deg redd – jeg mener, du er i en heis med kabel-kutt. Hvordan tror du at du ville føle deg? Vel, kanskje du kan være redd OG sulten om du var for sent til lunsj eller noe. Oh, du vil føle deg vektløs. Kunne det virkelig skje? Absolutt. Faktisk, noen mennesker selv betale for å gjøre dette., Sjekk ut denne turen, Superman:
Den grunnleggende ideen er at du setter deg inn i bilen, det zoomer opp den vertikale delen av sporet. Under både gå opp og gå ned deler fo bevegelse, akselerasjonen er -9.8 m/s2 så du føle deg vektløs. La meg oppsummere så langt:
- I alle disse situasjonene, gravitasjonskraft ikke endres.
- For de ulike situasjonene, du har forskjellige akselerasjoner.,
- mindre gulvet presser på deg, lettere og du føler deg.
- Hvis gulvet ikke presse på deg i det hele tatt, føler du deg vektløs.
Oh, det er et annet godt eksempel på dette vektløshet på Jorden. Den kaster opp comet. Ja, det er ekte. I utgangspunktet er det et fly som flyr på en slik måte at den har en akselerasjon nedover det samme som en gratis fallende gjenstand. Akkurat som faller heis, bortsett fra at den ikke treffer bakken.
En mer kule ting om de kaster opp comet., I filmen Apollo 13, vektløst scener ble filmet inne i spy comet. På denne måten, det ville ikke bare se vektløs, det ville VÆRE vektløs. Selvfølgelig, dette betyr at de hadde for å skyte scener som 30 sekunder av gangen.
Tilbake til astronautene
astronautene er i Romfergen, og Romfergen er i bane rundt Jorden. Men er det akselererende? Ja. Det er akselererende fordi Jorden trekker på den gjennom gravitasjonskraft., Selv om den beveger seg i en sirkel, det er fortsatt akselererende. Du kan si at Romfergen er faktisk fallende siden dens bevegelse er bestemt av sentrifugalkraften. Men siden det egentlig ikke komme nærmere Jorda i løpet av sin bevegelse, ville det være bedre å kalle det «i omløp». Tenk på dette. Tenk deg at du knytte en streng til en ball og sving den rundt hodet i en nær horisontal sirkel. Gjør ballen beveger seg i en sirkel akselerere? Ja. Hvis det akselererer, det må ha en styrke i retning av akselerasjon., For ballen, ville dette være spenningen i strengen som trekker den mot midten av sirkelen. For en som går i bane rundt objektet, gravitasjonskraft trekker på romskipet. Vel, hva hvis du tar en gigantisk ball og streng og sving den rundt. Hvis du putter en person inne i ballen, ville vedkommende være vektløs? Ingen. Forskjellen med tyngdekraften er at det trekker på alle deler av romskipet, og alle deler av kroppen til en person. Hvis du var i en gigantisk sirkulær flytting av ball, veggen av ballen må presse på deg. Kanskje dette diagrammet vil hjelpe.,
Men hva hvis du faktisk er på et sted der gravitasjonskraft er null (som langt vekk fra andre massive objekter)? Kan du gjøre det føles som du har vekt i denne saken? Ja. Dette er egentlig det motsatte av orbital tilfelle. Hvis du kan gjøre akselerere romskipet med en styrke på 9,8 m/s2, det vil føle deg akkurat som du er på Jorden. En måte å akselerere ville være med raketter., Kanskje dette vil være et nyttig ting hvis du prøver å komme til en annen stjerne eller noe fordi du ville bli raskere og raskere. Men hva hvis du ikke virkelig ønsker å gå hvor som helst, men du vil føle deg som det gjør på Jorden? Vel, du kunne lage et romskip som spinner. Ved å bevege seg i en sirkel (på innsiden av romskipet), du ville ha en akselerasjon og dermed en netto kraft. Her er en astronaut i en spinning romskip i en region med ingen gravity. Ved siden av at astronaut, la jeg en tegning av en person i en heis., I begge disse tilfellene, gulvet skyver opp på astronaut med samme størrelsesorden. Disse to personene vil i hovedsak føler det samme (men ikke helt siden toppen fo roterende hode til astronaut er faktisk beveger seg annerledes enn føttene).
Og her er et bilde fra filmen 2001: A Space Odyssey, som viser personer inne slik en roterende romskip.
Siste Note
Ja. Dette er en angre-post., Jeg skrev om dette i 2008, men formateringen var ikke helt riktig. Dette gir meg en fin mulighet til å skrive om det.
