Good Mood

To jest świetne pytanie. Pojawia się dość często. Jeśli zapytasz ludzi wokół ciebie, są dwie wspólne odpowiedzi:

Astronauci pływają w przestrzeni, ponieważ nie ma grawitacji w przestrzeni. Każdy wie, że im dalej od Ziemi, tym mniejsza jest siła grawitacji. Astronauci są tak daleko od Ziemi, że grawitacja jest tak mała. Dlatego NASA nazywa to mikrograwitacją.

w kosmosie nikt nie słyszy twojego krzyku. Wiesz dlaczego?, Ponieważ w kosmosie nie ma powietrza. Brak powietrza, Brak dźwięku. Brak powietrza, brak grawitacji. Proste.

tak, oba są błędne. Ale dlaczego?

czy siła grawitacyjna jest zbyt słaba w przestrzeni?

czym jest siła grawitacji? Jest to interakcja między obiektami, które mają masę. Ziemia ma masę, a astronauta ma masę – więc są przyciągani. Tę siłę przyciągania możemy modelować za pomocą następującego wyrażenia.,

w tym modelu dla wielkości siły grawitacji, M1 i m2 są masami, A r jest odległością między ośrodkami tych dwóch mas. G jest stałą grawitacyjną. Ma wartość 6,67 x 10-11 N*m2 / kg2. A co ze słynnym (lub niesławnym) g = 9,8 N / kg? (lub powszechnie wymienione w jednostkach m/s2), że wartość jest tylko dla obiektów na powierzchni Ziemi. Zobacz też Jeśli mam coś siedzącego na ziemi, to wchodzi w interakcję z ziemią. Masa Ziemi wynosi 5.,97 x 1024 kg, a środek Ziemi jest oddalony o 6,38 x 106 m (promień Ziemi). Pozwól, że przedstawię te wartości w modelu grawitacyjnym.

tak, to nie jest 9.8 N/kg. Użyłem zaokrąglonych wartości w obliczeniach tak, że jest wyłączony tylko trochę. Ale masz pomysł. Zbaczam z tematu. Czy to wyrażenie nie mówi, że siła grawitacji słabnie w miarę oddalania się od Ziemi? Tak. Ale nie Przez ma wiele, jak myślisz. Typowa wysokość orbitującego promu kosmicznego wynosi około 360 km nad powierzchnią ziemi., Załóżmy, że mam 75 kg astronauty. Jaka byłaby waga (Siła grawitacyjna) astronauty zarówno na powierzchni, jak i na orbicie? Jedyną różnicą będzie odległość między astronautą a centrum Ziemi.

i na orbicie:

mniejsze? Tak. Wystarczająco, by nazwać to „nieważkim”? Nie. Siła grawitacji na orbicie jest o 89% większa niż na powierzchni., Tak więc, to nie jest poprawne Wyjaśnienie dla „nieważkości”.

a co z brakiem powietrza?

prawdopodobnie znajdziesz kilka przykładów, dlaczego nie jest to przyczyna „nieważkości”. Oto jeden, który lubię. Zasadniczo jest to demonstracja działania przyssawki. Nakręciłem film o masie wiszącej z odsysacza wewnątrz dzwonu próżniowego. (link tutaj) to jest obraz masy przed wypompowaniem powietrza.

gdy powietrze jest usuwane, dzieją się dwie rzeczy., Po pierwsze, przyssawka już nie jest do bani (bo i tak naprawdę nie są do bani). Po drugie, masa spada. Mimo że w komorze zasadniczo nie ma powietrza, masa nadal spada.

Innym przykładem jest księżyc. Na Księżycu nie ma powietrza, ale astronauci nie odlatują – nawet gdy skaczą. Oto „jump salute” Johna Younga.

a co z samą ziemią? Dlaczego okrąża Słońce? Krąży po orbicie, ponieważ między tymi dwoma obiektami występuje Siła grawitacyjna., Istnieje interakcja, mimo że nie ma między nimi powietrza.

to dlaczego pływasz?

może powinienem porozmawiać o tym, jak czujesz wagę. Jaka jest Twoja waga? Pozwól, że powiem, że to, co teraz czujesz, nie jest tak naprawdę grawitacją. Załóżmy, że zacznę od kilku przykładów.

przykład 1: stań w windzie. Nie naciskaj przycisków. Po prostu stań tak, że winda jest w spoczynku. Jak się czujesz? Niezręcznie? Oto schemat.,

ponieważ jesteś w stanie spoczynku i pozostajesz w stanie spoczynku, jesteś w równowadze (przyspieszenie wynosi zero). Jeśli Twoje przyspieszenie jest zerowe, Siła netto musi być również równa zero (technicznie wektor zerowy). Dwie siły na ciebie to siła z podłogi pchającej się w górę i oddziaływanie grawitacyjne z ziemią ciągnącą się w dół. Magnitudy tych dwóch sił muszą być równe, aby siła netto była zerowa.

przykład 2: Teraz naciśnij przycisk „w górę”. Jak się czujesz w krótkim odstępie czasu, kiedy Winda przyspiesza w górę? Niespokojny?, A może czujesz się trochę cięższy. Jeśli twoja winda jest taka jak ta w tym budynku, możesz czuć się sfrustrowany, jak wolno to cholerstwo idzie. Co to za dziwny zapach? Oto schemat dla windy przyspieszającej w górę (i Ty).

czym się różnią siły? Jeśli osoba przyspiesza w górę, Siła netto musi być również w górę. Przy użyciu tych samych dwóch sił, jak powyżej, mogą do tego dojść na dwa sposoby., Podłoga może naciskać więcej na ciebie, albo Ziemia może ciągnąć mniej. Ponieważ siła grawitacji zależy od twojej masy, masy Ziemi i odległości między nimi, nie zmienia się. Oznacza to, że podłoga musi mocniej naciskać na Ciebie. Ale czekaj, czujesz się cięższy, a jednak siła grawitacji jest taka sama.

przykład 3: zbliżasz się do ostatniego piętra i winda musi się zatrzymać. Ponieważ porusza się w górę, ale spowolnienie musi przyspieszyć w kierunku spadkowym.

teraz Siła netto musi być w kierunku w dół., Ponownie, wielkość siły grawitacji nie zmienia się. Jedyną rzeczą, która może się zdarzyć, jest to, że podłoga będzie mniej naciskać. Od tego czujesz się lżejszy. Prawda?

ostatni przykład: załóżmy, że kabel windy pęknie i winda spadnie. W tym przypadku przyspieszenie windy wyniesie -9,8 m / s2 (podobnie jak każdy swobodnie spadający obiekt). Ile musiałaby mieć podłoga, aby przyspieszyć w dół przy -9,8 m/s2? Nie musiałby w ogóle naciskać. Siła, jaką wywiera na Ciebie podłoga, wynosiłaby zero. Jak byś się czuł?, Będziesz się bał – to znaczy, że jesteś w windzie z odciętym kablem. Jak inaczej byś się czuł? Może mógłbyś być przerażony i głodny, gdybyś spóźnił się na lunch czy coś. Czułabyś się nieważka. Czy to naprawdę możliwe? Oczywiście. W rzeczywistości niektórzy ludzie nawet płacą za to., Zobacz tę przejażdżkę, Superman:

podstawową ideą jest to, że wsiadasz do samochodu, to powiększa pionową część toru. Podczas poruszania się w górę i w dół przyspieszenie wynosi -9,8 m / s2, dzięki czemu czujesz się nieważki. Pozwolę sobie podsumować na razie:

• we wszystkich tych sytuacjach siła grawitacji nie zmienia się.
• w różnych sytuacjach masz różne przyspieszenia.,
• im mniej Podłoga na Ciebie popycha, tym lżejszy czujesz.
• Jeśli podłoga w ogóle na ciebie nie naciska, czujesz się nieważki.

O, jest jeszcze jeden świetny przykład tej nieważkości na Ziemi. Kometa wymiocin. Tak, to prawda. Zasadniczo jest to płaszczyzna, która leci w taki sposób, że ma przyspieszenie w dół takie samo jak swobodnie spadający obiekt. Tak jak spadająca Winda, tylko że nie uderza w ziemię.

jeszcze jedna fajna rzecz o komecie wymiocin., W filmie Apollo 13 sceny bezgłośne zostały sfilmowane wewnątrz komety. W ten sposób nie tylko wyglądałaby na nieważką, ale też byłaby nieważka. Oczywiście oznacza to, że musieli kręcić sceny po 30 sekundach.

powrót do astronautów

astronauci są w promie kosmicznym i prom kosmiczny znajduje się na orbicie okołoziemskiej. Ale czy przyspiesza? Tak. Przyspiesza, ponieważ ziemia przyciąga ją siłą grawitacji., Mimo że porusza się po okręgu, wciąż przyspiesza. Można powiedzieć, że prom kosmiczny rzeczywiście spada, ponieważ jego ruch zależy od siły grawitacji. Ponieważ jednak nie zbliża się do ziemi podczas swojego ruchu, lepiej byłoby nazwać ją „na orbicie”. Pomyśl o tym. Załóżmy, że przywiązujesz sznurek do piłki i machasz nią wokół głowy w pobliżu poziomego okręgu. Czy piłka poruszająca się po okręgu przyspiesza? Tak. Jeśli przyspiesza, musi mieć siłę w kierunku przyspieszenia., Dla piłki byłoby to napięcie w sznurku, który ciągnie go w kierunku środka okręgu. Dla orbitującego obiektu, siła grawitacji przyciąga statek kosmiczny. A co jeśli weźmiesz wielką piłkę i sznurek i wymachasz nią. Jeśli umieścisz osobę w piłce, czy ta osoba będzie nieważka? Nie. Różnica z grawitacji jest to, że ciągnie na wszystkie części statku kosmicznego i wszystkie części ciała człowieka. Gdybyś był w gigantycznej okrągłej ruchomej kuli, ściana piłki musiałaby Cię popchnąć. Może ten schemat pomoże.,

ale co, jeśli rzeczywiście jesteś w miejscu, w którym siła grawitacyjna wynosi zero (jak daleko od innych masywnych obiektów)? Czy możesz sprawić, że poczujesz się, jakbyś miał wagę w tym przypadku? Tak. Jest to zasadniczo przeciwieństwo przypadku orbitalnego. Jeśli uda Ci się przyspieszyć statek z prędkością 9,8 m / s2, poczujesz się jak na Ziemi. Jednym ze sposobów na przyspieszenie byłyby rakiety., Być może byłoby to przydatne, jeśli próbujesz dostać się do innej gwiazdy lub czegoś, ponieważ będziesz coraz szybciej. Ale co, jeśli tak naprawdę nie chcesz nigdzie iść, ale chcesz poczuć się jak na Ziemi? Możesz stworzyć statek kosmiczny, który się kręci. Poruszając się po okręgu (po wewnętrznej stronie statku kosmicznego), miałbyś przyspieszenie, a tym samym siłę netto. Oto astronauta w wirującym statku kosmicznym w regionie bez grawitacji. Obok astronauty umieściłem diagram osoby w windzie., W obu tych przypadkach podłoga wypycha się na astronautę z taką samą siłą. Te dwie osoby zasadniczo czułyby to samo (ale nie do końca, ponieważ górna część obrotowej głowy astronauty porusza się inaczej niż stopy).

a oto ujęcie z filmu 2001: Odyseja kosmiczna pokazująca ludzi wewnątrz takiego obracający się statek kosmiczny.

Uwaga końcowa

tak. To jest ponowny post., Pisałem o tym w 2008 roku, ale formatowanie nie było całkiem dobre. To daje mi miłą okazję do napisania go od nowa.