Dit is een geweldige vraag. Het komt vaak ter sprake. Als je de mensen om je heen vraagt, zijn er twee veel voorkomende antwoorden:
astronauten zweven rond in de ruimte omdat er geen zwaartekracht in de ruimte is. Iedereen weet dat hoe verder je van de aarde komt, hoe minder de zwaartekracht is. Astronauten zijn zo ver van de aarde dat de zwaartekracht zo klein is. Daarom noemt NASA het microzwaartekracht.
In de ruimte kan niemand je horen schreeuwen. Weet je waarom?, Omdat er geen lucht in de ruimte is. Geen lucht, geen geluid. Geen lucht, geen zwaartekracht. Eenvoudig.
Ja, beide zijn verkeerd. Maar waarom?
Is de zwaartekracht te zwak in de ruimte?
Wat is de zwaartekracht? Het is een interactie tussen objecten die massa hebben. De aarde heeft massa en de astronaut heeft massa-dus ze worden aangetrokken. We kunnen deze aantrekkelijke kracht modelleren met de volgende uitdrukking.,
In dit model zijn M1 en m2 de massa ’s en r is de afstand tussen de centra van deze twee massa’ s. G is de gravitatieconstante. Het heeft een waarde van 6,67 x 10-11 N * m2/kg2. Oh, maar hoe zit het met de beroemde (of beruchte) g = 9,8 N/kg? (of gewoonlijk vermeld in eenheden van m / s2) die waarde is alleen voor objecten op het oppervlak van de aarde. Moet je dit zien. Als er iets op de grond ligt, werkt het samen met de aarde. De massa van de aarde is 5.,97 x 1024 kg en het centrum van de aarde is 6,38 x 106 m verwijderd (de straal van de aarde). Laat me deze waarden in het gravitatiemodel zetten.
Ja, dat is niet 9,8 N/kg. Ik gebruikte afgeronde waarden in de berekening, zodat het is uit gewoon een beetje. Maar je snapt het wel. Ik dwaal hier af. Zegt deze uitdrukking niet dat de zwaartekracht zwakker wordt als je verder van de aarde komt? Bevestigend. Maar niet door heeft veel als je denkt. Een typische hoogte voor een ronddraaiende Spaceshuttle is ongeveer 360 km boven het aardoppervlak., Stel dat ik een 75 kg astronaut heb. Wat zou het gewicht (gravitatiekracht) zijn van de astronaut, zowel aan het oppervlak als in een baan? Het enige verschil is de afstand tussen de astronaut en het centrum van de aarde.
En in een baan:
Kleiner? Bevestigend. Genoeg om het gewichtloos te noemen? Geen. De zwaartekracht in een baan is 89% zo groot als op het oppervlak., Dit is dus niet de juiste verklaring voor “gewichtloosheid”.
hoe zit het met het gebrek aan lucht?
u kunt waarschijnlijk enkele voorbeelden vinden van waarom dit niet de oorzaak is van “gewichtloosheid”. Hier is er een die ik leuk vind. Kortom, het is een demonstratie van hoe een zuignap werkt. Ik maakte een video van een massa hangend aan een zuigpijl in een vacuümbel. (link hier) Dit is een foto van de massa voordat de lucht werd gepompt.
wanneer de lucht wordt verwijderd, gebeuren er twee dingen., Ten eerste zuigt de zuignap niet meer (omdat ze toch niet echt zuigen). Ten tweede, de massa valt. Ook al is er in wezen geen lucht in de kamer, de massa valt nog steeds.
een ander voorbeeld is de maan. Er is geen lucht op de maan, maar astronauten drijven niet weg – zelfs niet als ze springen. Hier is John Young ‘ s “jump salute”.
en hoe zit het met de aarde zelf? Waarom draait het om de zon? Het cirkelt omdat er een gravitatiekracht is tussen de twee objecten., Er is een interactie, ook al is er geen lucht tussen hen.
waarom zweft u dan?
misschien moet ik praten over hoe je je gewicht voelt. Wat is je schijnbare gewicht? Laat me zeggen dat wat je nu voelt niet echt zwaartekracht is. Stel dat ik begin met enkele voorbeelden.
Voorbeeld 1: Ga in een lift staan. Druk niet op de knoppen. Blijf daar staan zodat de lift rust. Hoe voel je je? Ongemakkelijk? Hier is een diagram.,
aangezien u in rust bent en in rust blijft, bent u in evenwicht (versnelling is nul). Als je versnelling nul is, moet de netto kracht ook nul zijn (technisch gezien de nulvector). De twee krachten op je zijn de kracht van de vloer die omhoog duwt en de zwaartekracht interactie met de aarde die naar beneden trekt. De magnitudes van deze twee krachten moeten gelijk zijn om de nettokracht nul te laten zijn.
Voorbeeld 2: Druk nu op de” up ” knop. Hoe voel je je tijdens het korte interval dat de lift naar boven versnelt? Angstig?, Of misschien voel je je wat zwaarder. Als je lift net zo is als die in dit gebouw, voel je je misschien gefrustreerd over hoe langzaam dat verdomde ding gaat. En wat is die rare geur? Hier is een diagram voor de opwaartse versnellende lift (en jij).
in termen van krachten, wat moet er anders zijn? Als de persoon naar boven versnelt, moet de netto kracht ook naar boven zijn. Met dezelfde twee krachten als hierboven, zijn er twee manieren waarop dit kan gebeuren., De vloer kan meer op je duwen, of de aarde kan minder trekken. Omdat de zwaartekracht afhangt van je Massa, de massa van de aarde en de afstand daartussen, verandert het niet. Dit betekent dat de vloer harder op je moet duwen. Maar wacht, je voelt je zwaarder en toch is de zwaartekracht hetzelfde.
Voorbeeld 3: u nadert de bovenste verdieping en de lift moet stoppen. Aangezien het omhoog ging, maar het vertraagt, moet het versnellen in de neerwaartse richting.
nu moet de nettokracht in de neerwaartse richting zijn., Nogmaals, de omvang van de zwaartekracht verandert niet. Het enige wat kan gebeuren is dat de vloer minder duwt. Hierdoor voel je je lichter. Toch?
laatste voorbeeld: Stel dat de liftkabel breekt en de lift valt. In dit geval zal de acceleratie van de lift -9,8 m/s2 zijn (net als elk vrij vallend voorwerp). Hoeveel zou de vloer op de persoon moeten duwen om naar beneden te versnellen bij -9,8 m / s2? Het zou helemaal niet hoeven te duwen. De kracht die de vloer op je uitoefent zou nul zijn. Hoe zou jij je voelen?, Je zou bang zijn-Ik bedoel je bent in een lift met de kabel doorgesneden. Hoe zou je je anders voelen? Misschien kun je bang en hongerig zijn als je te laat bent voor de lunch of zoiets. Je zou je gewichtloos voelen. Kan dit echt gebeuren? Helemaal. Sommige mensen betalen zelfs om dit te doen., Bekijk deze rit, Superman:
het basisidee is dat je in de auto stapt, het zoomt het verticale deel van het spoor op. Tijdens zowel de op-als neergaande delen van de beweging is de acceleratie -9,8 m/s2 zodat u zich gewichtloos voelt. Laat me tot nu toe samenvatten:
- In al deze situaties verandert de gravitatiekracht niet.
- voor de verschillende situaties heeft u verschillende acceleraties.,
- Hoe minder de vloer op je drukt, hoe lichter je je voelt.
- als de vloer helemaal niet op je drukt, voel je je gewichtloos.
Oh, er is nog een groot voorbeeld van deze gewichtloosheid op aarde. De braakkomeet. Ja,Het is echt. Kortom, het is een vliegtuig dat vliegt op een manier dat het een neerwaartse versnelling heeft hetzelfde als een vrij vallend object. Net als de vallende lift, maar die raakt niet de grond.
nog iets cools aan de braakkomeet., In de film Apollo 13 werden de gewichtloze scènes gefilmd in de vomit comet. Op deze manier zou het er niet alleen gewichtloos uitzien, het zou ook gewichtloos zijn. Dit betekent natuurlijk dat ze scènes moesten filmen van 30 seconden per keer.
terug naar de astronauten
de astronauten zitten in de Space Shuttle en de Space Shuttle is in een baan om de aarde. Maar versnelt het? Bevestigend. Het versnelt omdat de aarde eraan trekt door de zwaartekracht., Ook al beweegt het zich in een cirkel, het versnelt nog steeds. Je zou kunnen zeggen dat de spaceshuttle inderdaad daalt omdat zijn beweging wordt bepaald door de zwaartekracht. Echter, omdat het niet echt dichter bij de aarde komt tijdens zijn beweging, zou het beter zijn om het “in een baan”te noemen. Denk hier eens aan. Stel dat je een touwtje aan een bal bindt en het rond je hoofd draait in een bijna horizontale cirkel. Versnelt de bal die in een cirkel beweegt? Bevestigend. Als het versnelt, moet het een kracht hebben in de richting van de versnelling., Voor de bal zou dit de spanning in de snaar zijn die hem naar het midden van de cirkel trekt. Voor een baanobject trekt de gravitatiekracht aan op ruimtevaartuigen. Nou, wat als je een gigantische bal en touw neemt en het rond zwaait. Als je iemand in de bal stopt, is die dan gewichtloos? Geen. Het verschil met zwaartekracht is dat het trekt op alle delen van ruimtevaartuigen en alle delen van het lichaam van een persoon. Als je in een gigantische cirkelvormige bewegende bal zou zitten, zou de muur van de bal op je moeten drukken. Misschien helpt dit diagram.,
maar wat als je eigenlijk op een plaats bent waar de gravitatiekracht nul is (zoals ver weg van andere massieve objecten)? Kun je het gevoel geven dat je gewicht hebt in deze zaak? Bevestigend. Dit is in wezen het tegenovergestelde van het orbitale geval. Als je het ruimteschip kunt laten versnellen met een magnitude van 9,8 m/s2, zal het net voelen alsof je op aarde bent. Een manier om te versnellen zou zijn met raketten., Misschien zou dit nuttig zijn als je probeert om een andere ster of iets te krijgen, omdat je sneller en sneller zou worden. Maar wat als je niet echt ergens heen wilt, maar je wilt voelen zoals op aarde? Je kunt een draaiend ruimteschip maken. Door in een cirkel te bewegen (aan de binnenkant van het ruimteschip), zou je een versnelling en dus een netto kracht hebben. Hier is een astronaut in een draaiend ruimteschip in een gebied zonder zwaartekracht. Naast die astronaut heb ik een diagram van een persoon in een lift gezet., In beide gevallen drukt de vloer op de astronaut met dezelfde grootte. Deze twee mensen zouden in wezen hetzelfde voelen (maar niet helemaal omdat de top van het roterende hoofd van de astronaut eigenlijk anders beweegt dan de voeten).
en hier is een opname uit de film 2001: een ruimte-odyssee die mensen in zo ‘ n roterend ruimteschip laat zien.
eindnoot
Ja. Dit is een nieuwe post., Ik schreef hierover in 2008, maar de opmaak was niet helemaal goed. Dit geeft me een mooie kans om het opnieuw te schrijven.
