Good Mood

Dies ist eine großartige Frage. Es kommt ziemlich oft auf. Wenn Sie die Menschen in Ihrer Umgebung fragen, gibt es zwei allgemeine Antworten:

Astronauten schweben im Weltraum herum, weil es im Weltraum keine Schwerkraft gibt. Jeder weiß, dass die Gravitationskraft umso geringer ist, je weiter man von der Erde entfernt ist. Nun, Astronauten sind so weit von der Erde entfernt, dass die Schwerkraft so klein ist. Deshalb nennt die NASA es Mikrogravitation.

Im Weltraum kann niemand hören Sie Schreien. Du weißt warum?, Weil es keine Luft im Weltraum gibt. Keine Luft, kein Ton. Keine Luft, keine Schwerkraft. Einfach.

Ja, beides ist falsch. Aber warum?

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Ist die Gravitationskraft im Raum zu schwach?

Was ist die Gravitationskraft? Es ist eine Interaktion zwischen Objekten, die Masse haben. Die Erde hat Masse und der Astronaut hat Masse – so werden sie angezogen. Wir können diese Anziehungskraft mit folgendem Ausdruck modellieren.,

In diesem Modell für die Größe der Gravitationskraft sind M1 und m2 die Massen und r ist der Abstand zwischen den Zentren dieser beiden Massen. G ist die Gravitationskonstante. Es hat einen Wert von 6.67 x 10-11 N*m2/kg2. Oh, aber was ist mit der berühmten (oder berüchtigten) g = 9,8 N/kg? (oder häufig in Einheiten von m/s2 aufgeführt) Dieser Wert gilt nur für Objekte auf der Erdoberfläche. Schau dir das an. Wenn ich etwas auf dem Boden sitze, interagiert es mit der Erde. Die Masse der Erde ist 5.,97 x 1024 kg und der Mittelpunkt der Erde ist 6.38 x 106 m entfernt (der radius der Erde). Lassen Sie mich diese Werte in das Gravitationsmodell einfügen.

ja, das ist nicht 9,8 N/kg. Ich habe gerundete Werte in der Berechnung verwendet, so dass es nur ein bisschen ausgeschaltet ist. Aber Sie bekommen die Idee. Ich komme hier von der Strecke ab. Sagt dieser Ausdruck nicht, dass die Gravitationskraft schwächer wird, wenn Sie weiter von der Erde entfernt sind? Ja. Aber nicht so viel, wie Sie denken. Eine typische Höhe für ein umlaufendes Space Shuttle liegt etwa 360 km über der Erdoberfläche., Angenommen, ich habe einen 75 kg schweren Astronauten. Was wäre das Gewicht (Gravitationskraft) des Astronauten sowohl an der Oberfläche als auch im Orbit? Der einzige Unterschied wird die Entfernung zwischen dem Astronauten und dem Mittelpunkt der Erde sein.

Und im Orbit:

Kleiner? Ja. Genug, um es „schwerelos“zu nennen? Nein. Die Gravitationskraft im Orbit ist 89% so groß wie an der Oberfläche., Dies ist also nicht die richtige Erklärung für“Schwerelosigkeit“.

Was ist mit dem Luftmangel?

Sie können wahrscheinlich finden Sie einige Beispiele, warum dies nicht die Ursache von „Schwerelosigkeit“. Hier ist eine, die ich mag. Grundsätzlich ist es eine Demonstration, wie ein Saugnapf funktioniert. Ich habe ein Video von einer Masse gemacht, die an einem Saugdart in einer Vakuumglocke hängt. (link hier) Dies ist ein Bild der Masse, bevor die Luft abgepumpt wurde.

Wenn die Luft entfernt ist, passieren zwei Dinge., Erstens saugt der Saugnapf nicht mehr (weil sie sowieso nicht wirklich saugen). Zweitens fällt die Masse. Obwohl sich im Wesentlichen keine Luft in der Kammer befindet, fällt die Masse immer noch.

ein Weiteres Beispiel ist der Mond. Es gibt keine Luft auf dem Mond, aber Astronauten schweben nicht weg – selbst wenn sie springen. Hier ist John Youngs „Jump Salute“.

Und was ist mit der Erde selbst? Warum umkreist es die Sonne? Es umkreist, weil es eine Gravitationskraft zwischen den beiden Objekten gibt., Es gibt eine Interaktion, obwohl es keine Luft zwischen ihnen gibt.

warum gehst du schwimmen?

Vielleicht sollte ich darüber sprechen, wie Sie Gewicht fühlen. Was ist Ihr scheinbares Gewicht? Lass mich weitermachen und sagen, dass das, was du gerade fühlst, nicht wirklich Schwerkraft ist. Angenommen, ich beginne mit einigen Beispielen.

Beispiel 1: Stehen Sie in einem Aufzug. Drücken Sie nicht die Tasten. Stehen Sie einfach da, damit der Aufzug in Ruhe ist. Wie fühlst du dich? Peinlich? Hier ist ein Diagramm.,

Da Sie in Ruhe sind und in Ruhe bleiben, befinden Sie sich im Gleichgewicht (Beschleunigung ist Null). Wenn Ihre Beschleunigung Null ist, muss die Nettokraft auch Null sein (technisch gesehen der Nullvektor). Die beiden Kräfte auf Sie sind die Kraft vom Boden nach oben und Gravitationswechselwirkung mit der Erde nach unten ziehen. Die Größen dieser beiden Kräfte müssen gleich sein, damit die Nettokraft Null ist.

Beispiel 2: Drücken Sie nun die Taste „up“. Wie fühlen Sie sich während des kurzen Intervalls, in dem der Aufzug nach oben beschleunigt? Ängstlich?, Oder vielleicht fühlst du dich ein bisschen schwerer. Wenn Ihr Aufzug wie der in diesem Gebäude ist, könnten Sie frustriert sein, wie langsam das verdammte Ding geht. Und was ist das für ein lustiger Geruch? Hier ist ein Diagramm für den aufwärtsbeschleunigenden Aufzug (und Sie).

Was muss in Bezug auf Kräfte anders sein? Wenn die Person nach oben beschleunigt, muss die Nettokraft auch nach oben sein. Mit den gleichen zwei Kräften wie oben gibt es zwei Möglichkeiten, wie dies passieren kann., Der Boden kann MEHR auf dich drücken, oder die Erde kann WENIGER ziehen. Da die Gravitationskraft von Ihrer Masse, der Masse der Erde und dem Abstand zwischen diesen abhängt, ändert sie sich nicht. Dies bedeutet, dass der Boden stärker auf Sie drücken muss. Aber warte, du fühlst dich schwerer und doch ist die Gravitationskraft die gleiche.

Beispiel 3: Sie nähern sich der obersten Etage und der Aufzug muss anhalten. Da es sich nach oben bewegt, aber verlangsamt, muss es in die Abwärtsrichtung beschleunigen.

Nun muss die Netzkraft in Abwärtsrichtung sein., Auch hier ändert sich die Größe der Gravitationskraft nicht. Das einzige, was passieren kann, ist, dass der Boden weniger drückt. Dadurch fühlen Sie sich leichter. Richtig?

Letztes Beispiel: Angenommen, das Aufzugkabel bricht und der Aufzug fällt. In diesem Fall beträgt die Beschleunigung des Aufzugs -9,8 m/s2 (genau wie bei jedem frei fallenden Objekt). Wie viel müsste der Boden auf die Person drücken, um mit -9,8 m/s2 nach unten zu beschleunigen? Es müsste überhaupt nicht drücken. Die Kraft, die der Boden auf Sie ausübt, wäre Null. Wie würden Sie sich fühlen?, Sie würden Angst haben – ich meine, Sie sind in einem Aufzug mit dem Kabelschnitt. Wie würden Sie sich sonst fühlen? Nun, vielleicht könntest du Angst UND Hunger haben, wenn du zu spät zum Mittagessen kommst oder so. Oh, du würdest dich schwerelos fühlen. Könnte das wirklich passieren? Absolut. Tatsächlich zahlen manche Leute sogar dafür., Schauen Sie sich diese Fahrt an, Superman:

Die Grundidee ist, dass Sie in das Auto steigen, es zoomt die vertikale teil der Strecke. Sowohl beim Auf – als auch Absteigen ist die Beschleunigung -9,8 m / s2, sodass Sie sich schwerelos fühlen. Lassen Sie mich bisher zusammenfassen:

• In all diesen Situationen ändert sich die Gravitationskraft nicht.
• Für die verschiedenen situationen, sie haben verschiedene beschleunigungen.,
• Je weniger der Boden auf dich drückt, desto leichter fühlst du dich.
• Wenn der Boden überhaupt nicht auf dich drückt, fühlst du dich schwerelos.

Oh, es ist ein weiteres großartiges Beispiel für diese Schwerelosigkeit auf der Erde. Der erbrochene Komet. Ja, es ist echt. Grundsätzlich ist es eine Ebene, die so fliegt, dass sie eine Abwärtsbeschleunigung hat, die der eines frei fallenden Objekts entspricht. Genau wie der fallende Aufzug, außer dass er nicht auf den Boden trifft.

Eine weitere tolle Sache über die Erbrochenen-Kometen., In dem Film Apollo 13 wurden die schwerelosen Szenen im erbrochenen Kometen gefilmt. Auf diese Weise würde es nicht nur schwerelos aussehen, es wäre auch schwerelos. Das bedeutet natürlich, dass sie Szenen wie 30 Sekunden gleichzeitig drehen mussten.

Zurück zu den Astronauten

Die Astronauten befinden sich im Space Shuttle und das Space Shuttle befindet sich im Orbit um die Erde. Aber beschleunigt es sich? Ja. Es beschleunigt sich, weil die Erde durch die Gravitationskraft darauf zieht., Obwohl es sich im Kreis bewegt, beschleunigt es sich immer noch. Man könnte sagen, das Space Shuttle fällt tatsächlich, da seine Bewegung durch die Gravitationskraft bestimmt wird. Da es jedoch während seiner Bewegung nicht wirklich näher an die Erde herankommt, wäre es besser, es „im Orbit“zu nennen. Denken Sie daran. Angenommen, Sie binden eine Schnur an eine Kugel und schwingen sie in einem nahezu horizontalen Kreis um Ihren Kopf. Beschleunigt sich der Ball im Kreis? Ja. Wenn es beschleunigt, muss es eine Kraft in Richtung der Beschleunigung haben., Für den Ball wäre dies die Spannung in der Saite, die ihn zum Mittelpunkt des Kreises zieht. Bei einem umlaufenden Objekt zieht die Gravitationskraft an Raumfahrzeugen. Nun, was ist, wenn Sie einen riesigen Ball und eine Schnur nehmen und ihn herumschwingen? Wenn Sie eine Person in den Ball stecken, wäre diese Person dann schwerelos? Nein. Der Unterschied zur Schwerkraft besteht darin, dass sie alle Teile des Raumfahrzeugs und alle Teile des Körpers einer Person anzieht. Wenn Sie in einem riesigen kreisförmigen beweglichen Ball wären, müsste die Wand des Balls auf Sie drücken. Vielleicht hilft dieses Diagramm.,

Aber was ist, wenn Sie sich tatsächlich an einem Ort befinden, an dem die Gravitationskraft Null ist (wie weit weg von anderen massiven Objekten)? Können Sie es sich in diesem Fall so anfühlen, als hätten Sie Gewicht? Ja. Dies ist im Wesentlichen das Gegenteil des Orbitalfalls. Wenn Sie das Raumschiff mit einer Magnitude von 9,8 m/s2 beschleunigen lassen können, fühlt es sich an, als wären Sie auf der Erde. Eine Möglichkeit, zu beschleunigen, wäre mit Raketen., Vielleicht wäre dies eine nützliche Sache, wenn Sie versuchen, zu einem anderen Stern oder etwas zu gelangen, weil Sie immer schneller werden würden. Aber was ist, wenn du nirgendwohin gehen willst, aber du willst dich wie auf der Erde fühlen? Nun, Sie könnten ein Raumschiff machen, das sich dreht. Wenn Sie sich in einem Kreis (auf der Innenseite des Raumfahrzeugs) bewegen, haben Sie eine Beschleunigung und damit eine Nettokraft. Hier ist ein Astronaut in einem sich drehenden Raumschiff in einer Region ohne Schwerkraft. Neben diesem Astronauten habe ich ein Diagramm einer Person in einen Aufzug gelegt., In beiden Fällen drückt der Boden mit der gleichen Größe auf den Astronauten. Diese beiden Menschen würden sich im Wesentlichen gleich fühlen (aber nicht ganz, da sich die Oberseite des rotierenden Kopfes des Astronauten tatsächlich anders bewegt als die Füße).

Und hier ist eine Aufnahme aus dem Film 2001: A Space Odyssey, die Menschen in einem so rotierenden Raumschiff zeigt.

Letzte Anmerkung

ja. Dies ist ein Redo-Beitrag., Ich habe 2008 darüber geschrieben, aber die Formatierung war nicht ganz richtig. Dies gibt mir eine schöne Gelegenheit, es neu zu schreiben.