aceasta este o întrebare mare. Apare destul de des. Dacă întrebați oamenii din jurul vostru, există două răspunsuri comune:
astronauții plutesc în spațiu, deoarece nu există gravitație în spațiu. Toată lumea știe că cu cât ajungi mai departe de pământ, cu atât forța gravitațională este mai mică. Ei bine, astronauții sunt atât de departe de pământ încât gravitația este atât de mică. Acesta este motivul pentru care NASA o numește microgravitate.
În spațiu, nimeni nu poate auzi striga. Știi de ce?, Pentru că nu există aer în spațiu. Fără aer, fără sunet. Fără aer, fără gravitație. Simplu.
Da, ambele sunt greșite. Dar de ce?
Este forța gravitațională prea slab în spațiu?
care este forța gravitațională? Este o interacțiune între obiecte care au masă. Pământul are masă, iar astronautul are masă – deci sunt atrași. Putem modela această forță atractivă cu următoarea expresie.,
În acest model de magnitudinea forței gravitaționale, M1 și m2 sunt masele și r este distanța dintre centrele acestor două mase. G este constanta gravitațională. Are o valoare de 6,67 x 10-11 N*m2/kg2. Oh, dar cum rămâne cu celebrul (sau infamul) g = 9,8 N/kg? (sau frecvent enumerate în unități de m/s2) această valoare este doar pentru obiecte de pe suprafața Pământului. Fii atent. Dacă am ceva așezat pe pământ, interacționează cu Pământul. Masa Pământului este de 5.,97 x 1024 kg, iar centrul Pământului este la 6,38 x 106 m distanță (raza Pământului). Permiteți-mi să pun aceste valori în modelul gravitațional.
Da, asta nu este 9,8 N/kg. Am folosit valori rotunjite în calcul, astfel încât să fie oprit doar un pic. Dar ai prins ideea. Sunt obtinerea de pe pista aici. Această expresie nu spune că forța gravitațională devine mai slabă pe măsură ce te îndepărtezi de pământ? Da. Dar nu are prea multe pe cât crezi. O înălțime tipică pentru o navetă spațială care orbitează este de aproximativ 360 km deasupra suprafeței Pământului., Să presupunem că am un astronaut de 75 kg. Care ar fi greutatea (forța gravitațională) pe astronaut atât la suprafață, cât și pe orbită? Singura diferență va fi distanța dintre astronaut și centrul Pământului.
Și în orbită:
mai Mici? Da. Suficient pentru a-l numi „fără greutate”? Nu. Forța gravitațională pe orbită este de 89% la fel de mare ca la suprafață., Deci, aceasta nu este explicația corectă pentru „greutate”.
cum rămâne cu lipsa aerului?
Puteți găsi, probabil, câteva exemple de ce acest lucru nu este cauza „imponderabilitate”. Iată una care îmi place. Practic, este o demonstrație a modului în care funcționează o ventuză. Am făcut un videoclip cu o masă atârnată de o săgeată de aspirație în interiorul unui clopot de vid. aceasta este o imagine a masei înainte ca aerul să fie pompat.
când aerul este îndepărtat, se întâmplă două lucruri., În primul rând, ventuza nu mai suge (pentru că oricum nu suge cu adevărat). În al doilea rând, masa cade. Chiar dacă în esență nu există aer în cameră, masa încă scade.un alt exemplu este luna. Nu există aer pe lună, dar astronauții nu plutesc departe – chiar și atunci când sar. Iată „salutul de salt” al lui John Young.
Și ce despre Pământul în sine? De ce orbitează Soarele? Orbitează deoarece există o forță gravitațională între cele două obiecte., Există o interacțiune chiar dacă nu există aer între ele.
atunci de ce plutești?poate ar trebui să vorbesc despre cum te simți în greutate. Care este greutatea ta aparentă? Permiteți-mi să merg mai departe și să spun că ceea ce simțiți acum nu este cu adevărat gravitația. Să presupunem că încep cu câteva exemple.
Exemplul 1: Du-te stai într-un lift. Nu apăsați butoanele. Stați acolo, astfel încât liftul să se odihnească. Cum te simți? Ciudat? Iată o diagramă.,
Din moment ce sunt în repaus și stau în repaus, sunt în echilibru (accelerația este zero). Dacă accelerația dvs. este zero, forța netă trebuie să fie, de asemenea, zero (tehnic, vectorul zero). Cele două forțe de pe tine sunt forța de la podea împingând în sus și interacțiunea gravitațională cu Pământul trăgând în jos. Magnitudinile acestor două forțe trebuie să fie egale pentru ca forța netă să fie zero.
Exemplul 2: Acum apăsați butonul „sus”. În intervalul scurt în care ascensorul accelerează în sus, cum vă simțiți? Nerăbdător?, Sau poate te simți un pic mai greu. Dacă liftul tău este ca cel din această clădire, s-ar putea să te simți frustrat de cât de lent merge chestia asta. Și ce-i cu mirosul ăsta ciudat? Iată o diagramă pentru ascensorul de accelerare ascendentă (și tu).
În termeni de forțe, ce trebuie să fie diferit? Dacă persoana accelerează în sus, forța netă trebuie să fie și în sus. Folosind aceleași două forțe ca mai sus, există două moduri în care acest lucru se poate întâmpla., Podeaua poate împinge mai mult pe tine, sau pământul poate trage mai puțin. Deoarece forța gravitațională depinde de masa ta, de masa Pământului și de distanța dintre acestea, nu se schimbă. Aceasta înseamnă că podeaua trebuie să vă împingă mai mult. Dar stai, te simți mai greu și totuși forța gravitațională este aceeași.exemplul 3: vă apropiați de ultimul etaj și liftul trebuie să se oprească. Din moment ce se mișca în sus, dar încetinind, trebuie să accelereze în direcția descendentă.
acum forța netă trebuie să fie în direcția descendentă., Din nou, magnitudinea forței gravitaționale nu se schimbă. Singurul lucru care se poate întâmpla este ca podeaua să împingă mai puțin. Din aceasta, te simți mai ușor. Corect?ultimul exemplu: Să presupunem că cablul ascensorului se rupe și ascensorul cade. În acest caz, accelerația ascensorului va fi de -9,8 m/s2 (la fel ca orice obiect care se încadrează liber). Cât ar trebui podeaua să împingă persoana pentru a accelera la -9, 8 m/s2? Nu ar trebui să împingă deloc. Forța pe care podeaua o exercită asupra ta ar fi zero. Cum te-ai simți?, Te – ai simți speriat-vreau să spun că ești într-un lift cu cablul tăiat. Cum altfel crezi că te-ai simți? Ei bine, poate ai putea fi speriat și foame dacă ai întârziat la prânz sau ceva. Oh, te-ai simți imponderabil. Se poate întâmpla asta cu adevărat? Absolut. De fapt, unii oameni chiar plătesc pentru a face acest lucru., Check out această plimbare, Superman:
ideea De bază este că veți obține în mașină, se mărește până la partea verticală a urmări. În timpul atât merge în sus și merge în jos părți pentru mișcare, accelerația este -9.8 m / s2 astfel încât să vă simțiți greutate. Permiteți-mi să rezum până acum:
- în toate aceste situații, forța gravitațională nu se schimbă.
- pentru diferite situații, aveți accelerații diferite.,
- cu cât podeaua te împinge mai puțin, cu atât simți mai ușor.
- dacă podeaua nu te împinge deloc, te simți fără greutate.
Oh, există un alt mare exemplu de această imponderabilitate pe Pământ. Cometa voma. Da, e real. Practic, este un avion care zboară într-o manieră care are o accelerație descendentă la fel ca un obiect care se încadrează liber. La fel ca liftul care se încadrează, cu excepția faptului că nu a lovit solul.
un lucru mai interesant despre cometa vomei., În filmul Apollo 13, scenele fără greutate au fost filmate în interiorul cometei vomei. În acest fel, nu numai că ar arăta fără greutate, ci ar fi fără greutate. Desigur, asta înseamnă că au trebuit să filmeze scene ca 30 de secunde la un moment dat.
Înapoi la astronauți
astronautii sunt in Naveta spatiala si Naveta Spațială pe orbită în jurul Pământului. Dar se accelerează? Da. Se accelerează deoarece Pământul trage pe el prin forța gravitațională., Chiar dacă se mișcă într-un cerc, încă se accelerează. Ai putea spune că naveta spațială este într-adevăr în scădere, deoarece mișcarea sa este determinată de forța gravitațională. Cu toate acestea, deoarece nu se apropie cu adevărat de pământ în timpul mișcării sale, ar fi mai bine să o numim „pe orbită”. Gândește-te la asta. Să presupunem că legați un șnur de o minge și o rotiți în jurul capului într-un cerc orizontal aproape. Mingea se mișcă într-un cerc accelerează? Da. Dacă accelerează, trebuie să aibă o forță în direcția accelerației., Pentru minge, aceasta ar fi tensiunea din șir care o trage spre centrul cercului. Pentru un obiect care orbitează, forța gravitațională trage pe nave spațiale. Ei bine, ce se întâmplă dacă luați o minge gigant și șir și leagăn-l în jurul valorii de. Dacă pui o persoană în interiorul mingii, acea persoană ar fi lipsită de greutate? Nu. Diferența cu gravitația este că trage pe toate părțile navei spațiale și pe toate părțile corpului unei persoane. Dacă te-ai afla într-o minge uriașă în mișcare circulară, peretele mingii ar trebui să te împingă. Poate că această diagramă vă va ajuta.,
Dar ce se întâmplă dacă sunteți, de fapt, într-un loc unde forța gravitațională este zero (cum ar fi departe de alte obiecte masive)? Poți face să simți că ai greutate în acest caz? Da. Aceasta este în esență opusul cazului orbital. Dacă puteți face nava spațială să accelereze cu o magnitudine de 9,8 m/s2, se va simți la fel ca și cum ați fi pe Pământ. O modalitate de a accelera ar fi cu rachete., Poate că acest lucru ar fi un lucru util dacă sunteți încercarea de a ajunge la o altă stea sau ceva pentru că v-ar obține mai repede și mai repede. Dar dacă nu vrei cu adevărat să mergi nicăieri, dar vrei să simți că o face pe Pământ? Ei bine, ai putea face o navă spațială care se învârte. Deplasându-vă într-un cerc (în interiorul navei spațiale), ați avea o accelerație și astfel o forță netă. Iată un astronaut într-o navă spațială care se învârte într-o regiune fără gravitate. Lângă astronaut, am pus o diagramă a unei persoane într-un lift., În ambele cazuri, podeaua împinge în sus pe astronaut cu aceeași magnitudine. Acești doi oameni s-ar simți în esență la fel (dar nu chiar din moment ce capul rotativ al astronautului se mișcă de fapt diferit decât picioarele).
Iar aici este o poza din filmul 2001: a Space Odyssey arată oamenii într-un astfel de rotație navă spațială.
Notă Finală
Da. Acesta este un post de refacere., Am scris despre asta în 2008, dar formatarea nu a fost tocmai corectă. Acest lucru îmi oferă o oportunitate frumoasă de a re-scrie.
