De natuurkundige boodschap over gewichtloosheid is iets interessants. Wat is gewichtloosheid vanuit het oogpunt van een natuurkundige en een astronaut? Vier gevallen van lichaamsgewicht in een snel bewegende lift

« Natuurkunde - Graad 10 "

Onthoud de definitie van zwaartekracht. Kan ze verdwijnen?

Zoals we weten, is zwaartekracht de kracht waarmee de aarde een lichaam aantrekt dat zich op het oppervlak of in de buurt van dit oppervlak bevindt.

lichaamsgewicht noemen we de kracht waarmee dit lichaam op een horizontale steun inwerkt of de ophanging uitrekt.

Gewicht is geen kracht van een specifieke aard. Deze naam wordt gegeven aan een bepaald geval van de manifestatie van de elasticiteitskracht.

Het gewicht werkt direct op de kom van de veerbalans en spant de veer; onder invloed van deze kracht draait de balansarm.
Laten we uitleggen wat er is gezegd met een eenvoudig voorbeeld.

Laat lichaam A op een horizontale steun B staan ​​(Fig. 3.9), die als weegpan kan dienen.
We duiden de zwaartekracht aan met , en de drukkracht van het lichaam op de steun (gewicht) - met 1 .
De modulus van de reactiekracht van de drager is gelijk aan de modulus van gewicht 1 volgens de derde wet van Newton.

De kracht is gericht in de richting tegengesteld aan het gewicht 1
De reactiekracht van de steun wordt niet op de steun uitgeoefend, maar op het lichaam erop.

Terwijl zwaartekracht het gevolg is van de interactie van het lichaam met de aarde, verschijnt gewicht 1 als resultaat van een geheel andere interactie - de interactie van lichaam A en ondersteuning B.
Daarom heeft gewicht kenmerken die het aanzienlijk onderscheiden van de zwaartekracht.

Het belangrijkste kenmerk van het gewicht is dat de waarde ervan afhangt van de versnelling waarmee de steun beweegt.

Wanneer lichamen van de pool naar de evenaar worden overgebracht, verandert hun gewicht, omdat door de dagelijkse rotatie van de aarde de balans met het lichaam centripetale versnelling op de evenaar heeft.
Volgens de tweede wet van Newton voor een lichaam dat zich op de evenaar bevindt, hebben we:

waarbij N de reactiekracht van de steun is, gelijk aan het gewicht van het lichaam.

Aan de paal is het gewicht van het lichaam gelijk aan de zwaartekracht. Het is duidelijk dat het gewicht van het lichaam groter is aan de pool dan aan de evenaar.

Laten we een eenvoudiger geval nemen.
Laat het lichaam op een kom met veerbalansen staan ​​in een lift die met versnelling beweegt.
Volgens de tweede wet van Newton

Laten we de coördinatenas OY van het referentiesysteem dat bij de aarde hoort, verticaal naar beneden richten.
Laten we de bewegingsvergelijking van het lichaam in projectie op deze as schrijven:

ma y = F y + N y.

Als de versnelling naar beneden is gericht, krijgen we, als we de projecties van de vectoren in termen van hun modules uitdrukken, ma = F - N. Aangezien N = F 1, dan ma = F - F 1 .
Hieruit blijkt dat alleen bij a = 0 het gewicht gelijk is aan de kracht waarmee het lichaam naar de aarde wordt aangetrokken (F 1 = F). Als a ≠ 0, dan F 1 \u003d F - ma \u003d m (g - a).

Het gewicht van het lichaam hangt af van de versnelling waarmee de steun beweegt, en het optreden van deze versnelling komt overeen met een verandering in de versnelling van de vrije val.
Als de lift bijvoorbeeld vrij kan vallen, d.w.z. a = g, dan F 1 = m(g - g) = 0, bevindt het lichaam zich in een staat van gewichtloosheid.

Het begin van een toestand van gewichtloosheid voor lichamen betekent dat de lichamen geen druk uitoefenen op de ondersteuning en daarom werkt de reactiekracht van de ondersteuning niet op hen, ze bewegen alleen onder invloed van de aantrekkingskracht op de aarde .

Is de aard van gewichtloosheid hetzelfde voor lichamen in een lift en voor lichamen in een satelliet?

De mechanische essentie van gewichtloosheid ligt in het feit dat in een referentiekader dat ten opzichte van de aarde beweegt met vrije valversnelling, alle verschijnselen die door de zwaartekracht op aarde worden veroorzaakt, verdwijnen.

Er werden herhaaldelijk experimenten uitgevoerd waarbij een toestand van gewichtloosheid werd gecreëerd. Een vliegtuig versnelt bijvoorbeeld en beweegt zich vanaf een bepaald moment strikt langs een parabool, degene die zonder lucht zou zijn.

Tegelijkertijd worden in de cockpit ongebruikelijke verschijnselen waargenomen: de slinger bevriest in een afgebogen positie, het water dat uit het glas spat, hangt als een grote bolvormige druppel in de lucht en daarnaast bevriezen alle andere objecten, alsof ze opgehangen zijn op onzichtbare draden, ongeacht hun massa en vorm.

Hetzelfde gebeurt in de cockpit van een ruimtevaartuig terwijl het in een baan om de aarde beweegt.
Op grote hoogte boven de aarde is er bijna geen lucht, dus het is niet nodig om de weerstand ervan te compenseren door de werking van de motoren.
En de vlucht duurt geen minuut, maar vele dagen.

Home > Abstract

MINISTERIE VAN ONDERWIJS EN WETENSCHAP VAN DE RUSSISCHE FEDERATIE

GEMEENTELIJKE ONDERWIJSINSTELLING SECUNDAIRE ONDERWIJSSCHOOL №4 vernoemd naar I.S. Tsjernykh SAMENVATTING OVER FYSICA OVER HET ONDERWERP: GEWICHTLOOSHEID

Werk voltooid:

Middelbare schoolstudent #4

10 "B" klasse Khlusova Anastasia

Leidinggevende:

Lebedeva Natalya Yurievna

Natuurkunde leraar

Invoering
Hoofdstuk 1. Lichaamsgewicht en gewichtloosheid
1.1. Lichaamsgewicht
1.2. Het gewicht van een lichaam dat met versnelling beweegt
1.3. Gewichtloosheid
1.4. Het is interessant
1.4.1. Vlam in gewichtloosheid
Hoofdstuk 2
2.2. Zero Gravity-werking
2.3. Toepassing van ruimteontwikkelingen op aarde
Gevolgtrekking
Literatuur
bijlage

Invoering

Het fenomeen gewichtloosheid heeft altijd mijn interesse gewekt. Toch wil iedereen vliegen, en gewichtloosheid komt dicht in de buurt van de staat van vliegen. Voordat ik aan het onderzoek begon, wist ik alleen dat gewichtloosheid een toestand is die wordt waargenomen in de ruimte, op een ruimtevaartuig, waarin alle objecten vliegen en astronauten niet op hun voeten kunnen staan, zoals op aarde. Gewichtloosheid is meer een probleem voor de ruimtevaart dan een ongewoon fenomeen. Tijdens een vlucht in een ruimtevaartuig kunnen gezondheidsproblemen ontstaan ​​en na de landing moeten astronauten opnieuw worden geleerd om te lopen en te staan. Het is dus erg belangrijk om te weten wat gewichtloosheid is en hoe het het welzijn van mensen die in de ruimte reizen beïnvloedt. Als gevolg hiervan is het noodzakelijk om dit probleem op te lossen door programma's te creëren om het risico op nadelige effecten van gewichtloosheid op het lichaam te verminderen. Het doel van mijn werk is om het concept van gewichtloosheid in een complexe vorm te geven (dwz om het vanuit verschillende hoeken te bekijken), om de relevantie van dit concept op te merken, niet alleen in het kader van de studie van de ruimte, de negatieve impact op mensen , maar ook in het kader van de mogelijkheid om technologie op aarde te gebruiken, uitgevonden om deze impact te verminderen; het uitvoeren van enkele technologische processen die moeilijk of onmogelijk te implementeren zijn in terrestrische omstandigheden. De doelstellingen van deze samenvatting:

Het ontstaansmechanisme van dit fenomeen begrijpen; Beschrijf dit mechanisme wiskundig en fysiek; Vertel interessante feiten over gewichtloosheid; Begrijpen hoe de toestand van gewichtloosheid de gezondheid van mensen in een ruimtevaartuig, op een station, enz. beïnvloedt, dat wil zeggen, vanuit biologisch en medisch oogpunt naar gewichtloosheid kijken; Verwerk het materiaal, rangschik het volgens algemeen aanvaarde regels;

6) Maak een presentatie op basis van het verwerkte materiaal. De bronnen die ik heb gebruikt bij het schrijven van een essay zijn studieboeken, encyclopedieën, internet.

Hoofdstuk 1. Lichaamsgewicht en gewichtloosheid

1.1. Lichaamsgewicht

In de technologie en het dagelijks leven wordt het concept lichaamsgewicht veel gebruikt. lichaamsgewicht noemde de totale elastische kracht die werkt in aanwezigheid van de zwaartekracht op alle steunen, ophangingen. Lichaamsgewicht P, dat wil zeggen de kracht waarmee het lichaam op de steun inwerkt, en de elastische kracht FY, waarmee de steun op het lichaam inwerkt (Fig. 1), volgens de derde wet van Newton, zijn in absolute waarde gelijk en tegengesteld in richting: P = - F y Als het lichaam stilstaat op een horizontaal oppervlak of gelijkmatig beweegt en alleen de zwaartekracht FT en de elastische kracht FY van de zijkant van de steun erop inwerken, dan volgt de gelijkheid uit de gelijkheid tot nul van de vectorsom van deze krachten: FT \u003d - F Y. Vergelijking van uitdrukkingen P \u003d -F y en FT \u003d - FY, we krijgen P \u003d FT, dat wil zeggen, het gewicht P van het lichaam op een vaste horizontale steun is gelijk aan de zwaartekracht FT, maar deze krachten worden op verschillende lichamen uitgeoefend. Bij versnelde beweging van het lichaam en ondersteuning zal het gewicht P verschillen van de zwaartekracht FT. Volgens de tweede wet van Newton, wanneer een lichaam met massa m beweegt onder invloed van zwaartekracht FT en elastische kracht F y met versnelling a, de gelijkheid FT + FY \u003d ma. Uit de vergelijkingen P \u003d -F y en F T + F Y \u003d ma krijgen we: P \u003d F T - ma \u003d mg - ma, of P \u003d m (g - a). Laten we het geval van liftbeweging beschouwen wanneer de versnelling a verticaal naar beneden is gericht. Als de coördinatenas OY (Fig. 2) verticaal naar beneden is gericht, dan blijken de vectoren P, g en a evenwijdig aan de OY-as te zijn en zijn hun projecties positief; dan zal de vergelijking P \u003d m (g - a) de vorm aannemen: P y \u003d m (g Y - a Y). Aangezien de projecties positief zijn en evenwijdig aan de coördinatenas, kunnen ze worden vervangen door modules van vectoren: P = m(g - a). Het gewicht van een lichaam waarin de versnellingsrichting van vrij en vallen en versnelling hetzelfde zijn, is kleiner dan het gewicht van een lichaam in rust.

1.2. Het gewicht van een lichaam dat met versnelling beweegt

Sprekend over het gewicht van een lichaam in een snel bewegende lift, worden drie gevallen beschouwd (behalve in het geval van rust of uniforme beweging): Deze drie gevallen putten niet alle situaties kwalitatief uit. Het is logisch om het vierde geval te overwegen, zodat de analyse compleet is. (In het tweede geval wordt inderdaad aangenomen dat a< g. Третий случай есть частный для второго при a = g. Случай a >g niet overwogen.) Om dit te doen, kun je de leerlingen een vraag stellen die hen in eerste instantie verrast : "Hoe moet de lift bewegen zodat een persoon op het plafond kan lopen?" Studenten 'raden' snel dat de lift moet bewegen omlaag met versnelling grote g. Inderdaad: bij een toename van de versnelling van de lift naar beneden, volgens de formule P=mg-ma, zal het lichaamsgewicht afnemen. Wanneer de versnelling a gelijk wordt aan g, wordt het gewicht nul. Als we de versnelling blijven vergroten, kunnen we aannemen dat het gewicht van het lichaam zal van richting veranderen.

Daarna kunt u de lichaamsgewichtvector in de afbeelding weergeven:

Je kunt dit probleem oplossen in de omgekeerde formulering: "Wat zal het gewicht zijn van het lichaam in de lift dat naar beneden beweegt met versnelling a > g?" Deze taak is een beetje moeilijker omdat: studenten moeten de traagheid van het denken overwinnen en "omhoog" en "omlaag" wisselen. Er kan een bezwaar zijn dat het 4e geval niet in leerboeken wordt behandeld omdat het in de praktijk niet voorkomt. Maar de val van de lift wordt ook alleen in problemen gevonden, maar toch wordt het overwogen, omdat. het is handig en nuttig. Beweging met naar beneden of naar boven gerichte versnelling wordt niet alleen waargenomen in een lift of een raket, maar ook tijdens de beweging van een vliegtuig dat kunstvluchten uitvoert, evenals wanneer een lichaam langs een convexe of concave brug beweegt. Het beschouwde 4e geval komt overeen met de beweging langs de "dode lus". Op het bovenste punt is de versnelling (centripetaal) naar beneden gericht, is de reactiekracht van de steun naar beneden en is het gewicht van het lichaam naar boven. Laten we ons een situatie voorstellen: een astronaut heeft het schip de ruimte in gelaten en maakt met behulp van een individuele raketmotor een wandeling door de buurt. Toen hij terugkwam, zette hij de motor enigszins overbelicht, naderde het schip met een te hoge snelheid en sloeg er met zijn knie op. Zal het hem pijn doen? - Dat doet het niet, want in gewichtloosheid is een astronaut lichter dan een veertje, - zo'n antwoord is te horen. Het antwoord is fout. Toen je van het hek op aarde viel, bevond jij je ook in een staat van gewichtloosheid. Want toen je het aardoppervlak raakte, voelde je een merkbare overbelasting, hoe groter hoe harder de plek waarop je viel, en hoe groter je snelheid was op het moment van contact met de grond. Gewichtloosheid en zwaartekracht hebben niets te maken met impact. Massa en snelheid zijn hier belangrijk, niet het gewicht. En toch zal de astronaut niet zo gewond raken wanneer hij het schip raakt als jij wanneer hij de grond raakt (ceteris paribus: dezelfde massa's, relatieve snelheden en dezelfde hardheid van de obstakels). De massa van het schip is veel kleiner dan de massa van de aarde. Daarom zal bij een botsing met het schip een merkbaar deel van de kinetische energie van de astronaut worden omgezet in de kinetische energie van het schip en blijft er minder vervorming over. Het schip zal extra snelheid krijgen en de pijnsensatie van de astronaut zal niet zo sterk zijn.

1.3. Gewichtloosheid

Als het lichaam, samen met de ondersteuning, vrij valt, dan a \u003d g, dan volgt uit de formule P \u003d m (g - a) dat P \u003d 0. Het verdwijnen van het gewicht wanneer de ondersteuning beweegt met vrije val versnelling alleen onder invloed van de zwaartekracht heet gewichtloosheid . Er zijn twee soorten gewichtloosheid. Het gewichtsverlies dat op grote afstand van hemellichamen optreedt door de verzwakking van de aantrekkingskracht wordt statische gewichtloosheid genoemd. En de toestand waarin een persoon zich tijdens een vlucht in een baan om de aarde bevindt, is dynamische gewichtloosheid. Ze zien er precies hetzelfde uit. Menselijke gevoelens zijn hetzelfde. Maar de redenen zijn anders. Astronauten tijdens de vlucht hebben alleen te maken met dynamische gewichtloosheid. De uitdrukking "dynamische gewichtloosheid" betekent: "gewichtloosheid voortkomend uit beweging". We voelen de aantrekkingskracht van de aarde alleen als we ons ertegen verzetten. Alleen als we "weigeren" te vallen. En zodra we "afspraken" om te vallen, verdwijnt het gevoel van zwaarte onmiddellijk. Stel je voor - je loopt met een hond en houdt hem aan een riem. De hond snelde ergens heen, trok aan de riem. Je voelt de trekkracht aan de riem - de "trekkracht" van de hond - alleen terwijl je weerstand biedt. En als je achter de hond aan rent, zakt de riem door en verdwijnt het gevoel van aantrekkingskracht. Hetzelfde geldt voor de aantrekkingskracht van de aarde. Het vliegtuig vliegt. In de cockpit stonden twee parachutisten klaar om te springen. De aarde trekt ze naar beneden. En toch verzetten ze zich. Ze zetten hun voeten op de vloer van het vliegtuig. Ze voelen de aantrekkingskracht van de aarde - hun voetzolen worden met kracht tegen de grond gedrukt. Ze voelen hun gewicht. "De riem is strak." Maar hier kwamen ze overeen om te volgen waar de aarde hen naartoe trekt. We stonden op de rand van het luik en sprongen naar beneden. "Band slap." Het gevoel van zwaartekracht van de aarde verdween onmiddellijk. Ze werden gewichtloos. Men kan zich een vervolg op dit verhaal voorstellen. Gelijktijdig met de parachutisten werd een grote lege kist uit het vliegtuig gedropt. En nu vliegen ze zij aan zij, met dezelfde snelheid, salto's in de lucht, twee mensen die hun parachutes niet hebben geopend, en een lege doos. Een man stak zijn hand uit, pakte een doos die in de buurt vloog, opende de deur erin en trok zichzelf naar binnen. Nu, van de twee mensen, vliegt er één buiten de doos en de andere vliegt binnen de doos. Ze zullen heel anders aanvoelen. Degene die naar buiten vliegt, ziet en voelt dat hij snel naar beneden vliegt. De wind fluit in zijn oren. De naderende aarde is in de verte zichtbaar. En degene die in de doos vliegt, sloot de deur en begon, de muren af ​​te duwen, langs de doos te "zweven". Het lijkt hem dat de doos stil op de aarde staat en hij, nadat hij is afgevallen, door de lucht zweeft, als een vis in een aquarium. Strikt genomen is er geen verschil tussen de twee parachutisten. Beide vliegen met dezelfde snelheid naar de aarde. Maar de een zou zeggen: "Ik vlieg", en de ander: "Ik drijf ter plaatse." Het punt is dat de een wordt geleid door de aarde en de ander door de doos waarin hij vliegt. Dit is precies hoe de toestand van dynamische gewichtloosheid ontstaat in de cockpit van een ruimtevaartuig. Op het eerste gezicht lijkt dit misschien onbegrijpelijk. Het lijkt erop dat het ruimtevaartuig evenwijdig aan de aarde vliegt, als een vliegtuig. En in een horizontaal vliegend vliegtuig is er geen gewichtloosheid. Maar we weten dat de ruimteschip-satelliet voortdurend valt. Het lijkt veel meer op een doos die uit een vliegtuig is gevallen dan op een vliegtuig. Dynamische gewichtloosheid komt soms ook voor op aarde. Gewichtloos, bijvoorbeeld zwemmers-duikers die vanaf een toren het water in vliegen. Enkele seconden gewichtloos skiërs tijdens schansspringen. Parachutisten die vallen als een steen zijn gewichtloos totdat ze hun parachutes openen. Voor het trainen van astronauten gedurende dertig tot veertig seconden creëer je gewichtloosheid in een vliegtuig. Hiervoor maakt de piloot een "slide". Hij versnelt het vliegtuig, zweeft steil schuin omhoog en zet de motor af. Het vliegtuig begint te vliegen door traagheid, als een steen die met de hand wordt gegooid. Eerst stijgt het een beetje, beschrijft dan een boog, die naar beneden draait. Duik naar de aarde. Al die tijd bevindt het vliegtuig zich in een staat van vrije val. En al die tijd heerst er echte gewichtloosheid in zijn cockpit. Vervolgens zet de piloot de motor weer aan en brengt het vliegtuig voorzichtig uit de duik in een normale horizontale vlucht. Wanneer de motor wordt ingeschakeld, verdwijnt de gewichtloosheid onmiddellijk. In een staat van gewichtloosheid werken zwaartekrachtkrachten op alle deeltjes van een lichaam in een staat van gewichtloosheid, maar er worden geen externe krachten uitgeoefend op het oppervlak van het lichaam (bijvoorbeeld ondersteuningsreacties) die wederzijdse druk van deeltjes op elk van hen zouden kunnen veroorzaken. ander. Een soortgelijk fenomeen wordt waargenomen voor lichamen die zich in een kunstmatige satelliet van de aarde (of in een ruimteschip) bevinden; deze lichamen en al hun deeltjes, die samen met de satelliet de overeenkomstige beginsnelheid hebben ontvangen, bewegen onder invloed van de zwaartekracht langs hun banen met gelijke versnellingen, als vrij, zonder wederzijdse druk op elkaar uit te oefenen, dat wil zeggen, ze bevinden zich in een toestand van gewichtloosheid. Net als een lichaam in een lift, worden ze beïnvloed door de zwaartekracht, maar er worden geen externe krachten uitgeoefend op de oppervlakken van de lichamen die wederzijdse druk van de lichamen of hun deeltjes op elkaar zouden kunnen veroorzaken. In het algemeen zal een lichaam onder invloed van externe krachten in een toestand van gewichtloosheid verkeren als: a) de werkende externe krachten slechts massa zijn (zwaartekracht); b) het veld van deze lichaamskrachten is lokaal homogeen, d.w.z. de veldkrachten verlenen aan alle deeltjes van het lichaam in elk van zijn posities identiek in grootte en richting van versnelling; c) de beginsnelheden van alle deeltjes van het lichaam zijn hetzelfde in modulus en richting (het lichaam beweegt voorwaarts). Dus elk lichaam waarvan de afmetingen klein zijn in vergelijking met de straal van de aarde en een vrije translatiebeweging maakt in het zwaartekrachtveld van de aarde, zal, bij afwezigheid van andere externe krachten, in een staat van gewichtloosheid verkeren. Het resultaat zal vergelijkbaar zijn voor de beweging in het zwaartekrachtveld van andere hemellichamen. Vanwege het significante verschil tussen de omstandigheden van gewichtloosheid en terrestrische omstandigheden, waarin instrumenten en samenstellingen van kunstmatige aardsatellieten, ruimtevaartuigen en hun lanceervoertuigen worden gemaakt en debuggen, neemt het probleem van gewichtloosheid een belangrijke plaats in naast andere problemen van de ruimtevaart. Dit is het meest significant voor systemen met tanks die gedeeltelijk gevuld zijn met vloeistof. Deze omvatten voortstuwingssystemen met raketmotoren met vloeibare stuwstof (motoren met vloeibare stuwstof), ontworpen voor herhaalde activering in ruimtevluchtomstandigheden. Onder gewichtloze omstandigheden kan de vloeistof een willekeurige positie in de tank innemen, waardoor de normale werking van het systeem wordt verstoord (bijvoorbeeld de toevoer van componenten uit brandstoftanks). Om de lancering van vloeibare voortstuwingssystemen in gewichtloze omstandigheden te verzekeren, wordt daarom het volgende gebruikt: scheiding van de vloeibare en gasvormige fasen in brandstoftanks met behulp van elastische afscheiders; het fixeren van een deel van de vloeistof bij het inlaatapparaat van roostersystemen (Agena-rakettrap); het creëren van kortstondige overbelastingen (kunstmatige "zwaartekracht") voordat het hoofdvoortstuwingssysteem wordt ingeschakeld met behulp van hulpraketmotoren, enz. Het gebruik van speciale technieken is ook nodig om de vloeibare en gasvormige fasen onder gewichtloze omstandigheden in een aantal eenheden van het levensondersteunende systeem, in de brandstofelementen van het stroomvoorzieningssysteem (bijvoorbeeld opvang van condensaat met een systeem van poreuze pitten, scheiding van de vloeibare fase met een centrifuge). Mechanismen van ruimtevaartuigen (voor het openen van zonnebatterijen, antennes, voor het aanmeren, enz.) zijn ontworpen om te werken in omstandigheden zonder zwaartekracht. Gewichtloosheid kan worden gebruikt om een ​​aantal technologische processen te implementeren die moeilijk of onmogelijk te implementeren zijn onder terrestrische omstandigheden (bijvoorbeeld het verkrijgen van composietmaterialen met een uniforme structuur door het hele volume, het verkrijgen van lichamen met een exacte bolvorm van gesmolten materiaal als gevolg van oppervlaktespanningskrachten, enzovoort.). Voor het eerst werd een experiment uitgevoerd met het lassen van verschillende materialen onder gewichtloze vacuümomstandigheden tijdens de vlucht van het Sovjet-ruimtevaartuig Sojoez-6 (1969). Een aantal technologische experimenten (op lassen, bestuderen van de stroming en kristallisatie van gesmolten materialen, enz.) ) werd uitgevoerd op het Amerikaanse ruimtestation Skylab (1973). Wetenschappers doen verschillende experimenten in de ruimte, zetten experimenten op, maar hebben weinig idee van het uiteindelijke resultaat van deze acties. Maar als een experiment een bepaald resultaat opleverde, dan moet je dat lange tijd checken om de opgedane kennis uiteindelijk te verklaren en toe te passen in de praktijk. Hieronder staan ​​beschrijvingen van enkele experimenten en interessant nieuws over gewichtloosheid, waaraan nog moet worden gewerkt.

1.4. Het is interessant

1.4.1. Vlam in gewichtloosheid Op aarde ontstaan ​​door de zwaartekracht convectiestromen, die de vorm van de vlam bepalen. Ze brengen hete roetdeeltjes omhoog die zichtbaar licht uitstralen. Hierdoor zien we de vlam. In gewichtloosheid zijn er geen convectiestromen, roetdeeltjes stijgen niet op en de kaarsvlam neemt een bolvorm aan. Omdat het kaarsmateriaal een mengsel is van verzadigde koolwaterstoffen, geven ze bij verbranding waterstof af, dat met een blauwe vlam brandt. Wetenschappers proberen te begrijpen hoe en waarom vuur zich zonder zwaartekracht verspreidt. De studie van een vlam onder gewichtloze omstandigheden is noodzakelijk voor het beoordelen van de brandweerstand van een ruimtevaartuig en voor het ontwikkelen van speciale brandblusmiddelen. Zo kunt u de veiligheid van astronauten en voertuigen waarborgen.

1.4.2. De vibratie van de vloeistof versnelt het koken in gewichtloosheid In gewichtloosheid wordt koken een veel langzamer proces. Maar zoals Franse natuurkundigen hebben ontdekt, kan de trilling van een vloeistof ervoor zorgen dat deze heftig kookt. Dit resultaat heeft gevolgen voor de ruimtevaartindustrie. Ieder van ons heeft herhaaldelijk de faseovergang van een vloeistof in een gas waargenomen onder invloed van hoge temperatuur, dat wil zeggen het kookproces. Dampbellen, die loskomen van de warmtebron, stromen naar boven en een nieuwe portie vloeistof komt op hun plaats. Dientengevolge gaat koken gepaard met actieve vermenging van de vloeistof, wat de snelheid van omzetting in damp aanzienlijk verhoogt. De sleutelrol in dit turbulente proces wordt gespeeld door de Archimedes-kracht die inwerkt op de bel, die op zijn beurt bestaat door de zwaartekracht. In omstandigheden van gewichtloosheid is er geen gewicht, is er geen concept van "zwaarder" en "lichter", en daarom zullen de bellen van verwarmde stoom nergens heen drijven. Rondom het verwarmingselement vormt zich een stoomlaag die de overdracht van warmte naar het gehele volume van de vloeistof verhindert. Om deze reden zal het koken van vloeistoffen in gewichtloosheid (maar onder dezelfde druk, en helemaal niet in een vacuüm!) op een heel andere manier verlopen dan op aarde. Een gedetailleerd begrip van dit proces is essentieel voor de succesvolle werking van ruimtevaartuigen die tonnen vloeibaar drijfgas vervoeren. Om dit proces te begrijpen, is het erg belangrijk om te begrijpen welke fysieke verschijnselen het koken in gewichtloosheid kunnen versnellen. Een recent artikel van Franse natuurkundigen beschrijft de resultaten van een experimenteel onderzoek naar de invloed van hoogfrequente trillingen op de kooksnelheid. Als werkstof kozen de onderzoekers vloeibare waterstof - de lichtste raketbrandstof. De toestand van gewichtloosheid werd kunstmatig gecreëerd, met behulp van een sterk inhomogeen magnetisch veld, dat net de zwaartekracht compenseerde (lees over magnetische levitatie in ons artikel Magnetische supergeleiding: levitatie in vloeibare zuurstof). De temperatuur en druk van het monster werden zo gekozen dat de faseovergang zo langzaam mogelijk plaatsvond en al zijn kenmerken zichtbaar waren. Het belangrijkste resultaat van de experimenten van Franse natuurkundigen is dat, onder gewichtloze omstandigheden, trillingen de transformatie van vloeistof in damp versnellen. Onder invloed van trillingen in een enigszins oververhitte vloeistof verschijnt een "volumetrische rimpeling": een netwerk van kleine, fracties van een millimeter grote, dampbellen in de vloeistof. In het begin groeien deze bubbels langzaam, maar na 1-2 seconden vanaf het begin van de blootstelling versnelt het hele proces sterk: de vloeistof kookt letterlijk. Volgens de auteurs zijn er twee redenen voor dit gedrag. Ten eerste, terwijl de dampbellen klein zijn, "houdt" de viscositeit van de vloeistof ze als het ware op hun plaats, waardoor ze elkaar niet snel kunnen naderen. Bij grote bellen verdwijnt de viscositeit naar de achtergrond en wordt hun samensmelting en verdere groei intenser. De tweede reden ligt in de essentie van de wiskundige wetten die de beweging van vloeistoffen beheersen. Deze wetten zijn niet-lineair, wat betekent dat externe trillingen niet alleen de vloeistof "fijn schudden", maar er ook grootschalige stromen in genereren. Het zijn deze stromen, die zijn versneld, die het werkvolume effectief mengen en leiden tot een versnelling van het proces. De auteurs van het werk benadrukken dat het door hen ontdekte fenomeen niet alleen van toegepast, maar ook van puur wetenschappelijk belang is. In hun experimenten lopen de complexe hydrodynamische stromen die de evolutie van het bellennetwerk begeleiden parallel met de faseovergang zelf. Beide fenomenen ondersteunen en versterken elkaar, wat leidt tot extreme vloeistofinstabiliteit, zelfs bij gewichtloosheid.

Kokend water op aarde en onder gewichtloosheid (afbeelding van nasa.gov) Dus, nadat we de oorzaken van gewichtloosheid en de kenmerken van dit fenomeen hebben begrepen, kunnen we verder gaan met de kwestie van het effect ervan op het menselijk lichaam.

Hoofdstuk 2

We zijn gewend aan onze eigen zwaartekracht. We zijn eraan gewend dat alle objecten om ons heen gewicht hebben. Wij vertegenwoordigen niets anders. Niet alleen ons leven verliep in gewichtige omstandigheden. De hele geschiedenis van het leven op aarde verliep onder dezelfde omstandigheden. De zwaartekracht van de aarde is in miljoenen jaren nooit verdwenen. Daarom hebben alle organismen die op onze planeet leven zich lang aangepast om hun eigen gewicht te dragen. Al in de oudste tijden werden botten gevormd in het lichaam van dieren, die dragers voor hun lichaam werden. Zonder botten zouden dieren onder invloed van aardse zwaartekracht zich over de grond 'verspreiden', als een zachte kwal die uit het water op de kust wordt gehaald. Al onze spieren hebben zich in de loop van miljoenen jaren aangepast om ons lichaam te bewegen en de zwaartekracht van de aarde te overwinnen. En in ons lichaam is alles aangepast aan de zwaartekracht. Het hart heeft krachtige spieren, ontworpen om continu enkele kilo's bloed rond te pompen. En als het naar beneden, in de benen, nog steeds gemakkelijk stroomt, dan omhoog, in het hoofd, moet het met kracht worden toegepast. Al onze interne organen hangen aan sterke banden. Als ze er niet waren, zouden de binnenkanten naar beneden "rollen", daar bij elkaar kruipen. Vanwege de constante zwaarte hebben we een speciaal orgaan ontwikkeld, het vestibulaire apparaat, diep in het hoofd, achter het oor. Het stelt ons in staat om te voelen aan welke kant de aarde van ons is, waar de "omhoog" is en waar de "beneden" is. Het vestibulaire apparaat is een kleine holte gevuld met vloeistof. Ze bevatten kleine steentjes. Wanneer een persoon rechtop staat, liggen de kiezelstenen op de bodem van de holte. Als een persoon gaat liggen, zullen de kiezelstenen rollen en op de zijmuur liggen. Het menselijk brein voelt dit aan. En een persoon, zelfs met zijn ogen dicht, zal onmiddellijk vertellen waar de bodem is. Alles in de mens is dus aangepast aan de omstandigheden waarin hij op het oppervlak van de planeet Aarde leeft. En wat zijn de omstandigheden van het menselijk leven in zo'n eigenaardige staat als gewichtloosheid? Het is vooral belangrijk om rekening te houden met de eigenaardigheid van gewichtloosheid tijdens de vlucht van bemande ruimtevaartuigen: de levensomstandigheden van een persoon in een staat van gewichtloosheid verschillen sterk van de gebruikelijke aardse, wat een verandering in een aantal van zijn vitale functies veroorzaakt. Gewichtloosheid plaatst het centrale zenuwstelsel en de receptoren van veel analysatorsystemen (vestibulair apparaat, spier-gewrichtsapparaat, bloedvaten) dus in ongebruikelijke omstandigheden van functioneren. Daarom wordt gewichtloosheid beschouwd als een specifieke integrale stimulus die het menselijke en dierlijke organisme tijdens de gehele omloopvlucht beïnvloedt. De reactie op deze stimulus zijn adaptieve processen in fysiologische systemen; de mate van manifestatie hangt af van de duur van gewichtloosheid en, in veel mindere mate, van de individuele kenmerken van het organisme. Het nadelige effect van gewichtloosheid op het menselijk lichaam tijdens de vlucht kan worden voorkomen of beperkt door verschillende middelen en methoden (spiertraining, elektrische spierstimulatie, negatieve druk uitgeoefend op de onderste helft van het lichaam, farmacologische en andere middelen). In een vlucht van ongeveer 2 maanden (de tweede bemanning op het Amerikaanse Skylab-station, 1973) werd vooral door de fysieke training van de kosmonauten een hoog preventief effect bereikt. Op een fietsergometer werd 1 uur per dag zwaar werk verricht, waarbij de hartslag tot 150-170 slagen per minuut steeg. Herstel van de functie van bloedcirculatie en ademhaling vond 5 dagen na de landing plaats. Metabolische veranderingen, statisch-kinetische en vestibulaire stoornissen werden zwak uitgedrukt. Een effectief middel is waarschijnlijk het creëren van een kunstmatige "zwaartekracht" aan boord van het ruimtevaartuig, die bijvoorbeeld kan worden verkregen door het station te maken in de vorm van een groot roterend (dat wil zeggen, niet naar voren bewegend) wiel en het plaatsen van werkkamers op zijn "rand". Door de rotatie van de "rand" van het lichaam erin, zullen ze tegen het oppervlak worden gedrukt, wat de rol van de "vloer" zal spelen, en de reactie van de "vloer" die op de oppervlakken van de lichamen wordt aangebracht, zal kunstmatige "zwaartekracht" creëren. Het creëren van kunstmatige "zwaartekracht" op ruimtevaartuigen kan ervoor zorgen dat het nadelige effect van gewichtloosheid op de organismen van dieren en mensen wordt voorkomen. Om een ​​aantal theoretische en praktische problemen van ruimtegeneeskunde op te lossen, worden laboratoriummethoden voor het modelleren van gewichtloosheid veel gebruikt, waaronder de beperking van spieractiviteit, het beroven van een persoon van zijn gebruikelijke ondersteuning langs de verticale as van het lichaam, het verlagen van de hydrostatische bloeddruk, die wordt bereikt door een persoon in een horizontale positie of schuin te houden (het hoofd is de onderbenen), langdurige ononderbroken bedrust of onderdompeling van een persoon gedurende enkele uren of dagen in een vloeibaar (zogenaamd onderdompelings)medium. Gewichtloosheidscondities verstoren het vermogen om de grootte van objecten en de afstand tot hen correct te beoordelen, wat astronauten verhindert om in de omringende ruimte te navigeren en kan leiden tot ongelukken tijdens ruimtevluchten, volgens een artikel van Franse wetenschappers gepubliceerd in het tijdschrift Acta Astronautica. Tot op heden is er veel bewijs verzameld dat fouten van kosmonauten bij het bepalen van afstanden niet toevallig zijn. Vaak lijken verre objecten dichterbij dan ze in werkelijkheid zijn. Wetenschappers van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek voerden een experimentele test uit van het vermogen om afstanden in te schatten in omstandigheden van kunstmatig gecreëerde gewichtloosheid wanneer een vliegtuig in een parabool vliegt. In dit geval duurt gewichtloosheid een zeer korte periode - ongeveer 20 seconden. Vrijwilligers kregen met behulp van een speciale bril een onvoltooide afbeelding van een kubus te zien en moesten de juiste geometrische figuur invullen. Onder normale zwaartekracht trokken de proefpersonen alle kanten gelijk, maar tijdens gewichtloosheid slaagden ze er niet in om de test correct uit te voeren. Volgens wetenschappers laat dit experiment zien dat gewichtloosheid, en niet een langdurige aanpassing eraan, moet worden beschouwd als een belangrijke factor die de waarneming verstoort. 2.1. Studie van de problemen van het leven in de ruimte Het boek "Skylab Orbital Station", geschreven in 1977 door de Amerikaanse vooraanstaande Amerikaanse specialisten op het gebied van ruimtevaart Professor E. Stuhlinger en Dr. L. Bellew, wetenschappelijke supervisors van het Skylab-programma geïmplementeerd door NASA, vertelt over de studies die in de baan zijn uitgevoerd station van de invloed die de omringende ruimteruimte uitoefent op de capaciteiten van de bemanningsleden. Het biomedische onderzoeksprogramma omvatte de volgende vier gebieden: bij medische experimenten ging het om diepgaande studies van die fysiologische effecten en de duur van hun werking die werden waargenomen tijdens eerdere vluchten. Biologische experimenten omvatten de studie van fundamentele biologische processen die kunnen worden beïnvloed door gewichtloosheid. Biotechnische experimenten waren gericht op het ontwikkelen van de efficiëntie van mens-machinesystemen bij het werken in de ruimte en op het verbeteren van de techniek van het gebruik van bio-apparatuur. Hier zijn enkele onderzoeksonderwerpen:

studie van de zoutbalans; biologische studies van lichaamsvloeistoffen; studie van veranderingen in botweefsel; het creëren van negatieve druk op het onderlichaam tijdens de vlucht; het ontvangen van vectorcardiogrammen; cytogenetische bloedonderzoeken; immuniteitsonderzoek; studies van veranderingen in bloedvolume en levensverwachting van rode bloedcellen; studies van het metabolisme van rode bloedcellen; studie van speciale hematologische effecten; studie van de cyclus van slaap en waakzaamheid in ruimtevluchtomstandigheden; filmen van astronauten tijdens bepaalde werkzaamheden; metabolische snelheidsmetingen; meting van het lichaamsgewicht van de astronaut onder ruimtevluchtomstandigheden; studies naar het effect van gewichtloosheid op levende cellen en menselijke weefsels. (Bijlage 1)

Groot wetenschappelijk en praktisch materiaal is verzameld door Russische wetenschappers en kosmonauten. Is het mogelijk om mensen te opereren zonder zwaartekracht? Op het eerste gezicht lijkt deze vraag ongelooflijk, maar in feite is er veel mogelijk in onze wereld! Hieruit bleek dat wetenschappers in staat waren om van experimenten, die vaak enkele gebreken hadden en verbetering vereisten, naar echte ontdekkingen te gaan en in de praktijk konden bewijzen dat het mogelijk is om een ​​persoon te opereren zonder zwaartekracht! 2.2. Operatie in de ruimte Franse artsen onder leiding van professor Dominique Martin uit Bordeaux voerden 's werelds eerste chirurgische ingreep uit zonder zwaartekracht. Het experiment werd uitgevoerd aan boord van het A-300-vliegtuig in een speciaal uitgeruste module. Het ging om drie chirurgen en twee anesthesiologen, die een vettumor moesten verwijderen op de arm van een patiënt - een vrijwilliger - de 46-jarige Philip Sanchot. Zoals professor Marten zei, was de taak van de artsen niet om technische prestaties aan te tonen, maar om de haalbaarheid van de operatie onder omstandigheden van gewichtloosheid te testen. "We hebben een situatie gesimuleerd die overeenkomt met de omstandigheden in de ruimte, en nu weten we dat een persoon zonder ernstige complicaties in de ruimte kan worden geopereerd", voegde de chirurg eraan toe. Volgens hem duurde de operatie om de tumor te verwijderen in totaal minder dan 10 minuten. Het drie uur durende vluchtregime aan boord van de A-300 was zo ontworpen dat gedurende deze tijd de toestand van gewichtloosheid 32 keer werd gecreëerd, waarbij elke fase ongeveer 20 seconden duurde. "Als we twee uur lang onafgebroken in een toestand van gewichtloosheid zouden zijn, zouden we blindedarmontsteking kunnen opereren", zei professor Marten. De volgende fase van het experiment, dat naar verwachting over ongeveer een jaar zal worden uitgevoerd, zal een chirurgische ingreep zijn, die zal moeten worden uitgevoerd door een medische robot die wordt bestuurd door commando's vanaf een grondbasis. 2.3. Toepassing van ruimteontwikkelingen op aarde We bewegen steeds minder en meer en meer als astronauten die in gewichtloosheid zweven. In ieder geval ervaren we alle nadelen van een afname van motorische activiteit waar kosmonauten volledig last van hebben. Voor degenen die in een baan om de aarde werken, hebben wetenschappers veel manieren bedacht om ze tegen te gaan. Op aarde, zoals onlangs duidelijk is geworden, komen sommige van deze uitvindingen weer op de been, zelfs degenen die nog nooit hebben gelopen. "In de ruimte en op aarde zijn de invloedsfactoren vergelijkbaar, dus de methoden om de effecten die zich bij gewichtloosheid ontwikkelen tegen te gaan, bleken toepasbaar in het dagelijks leven", zegt Inessa Benediktovna KOZLOVSKAYA, hoofd van de afdeling sensomotorische fysiologie en preventie van het Instituut voor Biomedische Problemen. - Een afname van motorische activiteit (hypokinesie) wordt een leidende factor in het leven van onze samenleving: we stoppen met bewegen. Een Amerikaanse onderzoeker volgde de dagelijkse spieractiviteit bij mensen met verschillende beroepen en bij dieren. Het bleek dat onze activiteit vergeleken met de activiteit van elk levend wezen (ratten, katten, honden, apen) minder dan twee ordes van grootte is. We staan ​​aan de vooravond van een hypokinetische ziekte, een ziekte van diepe detraining, waarvan we de meest opvallende uitdrukking hebben gezien in kosmonauten in 1970. Na terugkomst van een 17-daagse vlucht konden ze echt niet opstaan ​​of bewegen, het was zelfs moeilijk voor hen om te ademen, omdat ook de ademhalingsspieren waren ontregeld. "We hebben het effect van gewichtloosheid op aarde gesimuleerd met behulp van droge onderdompeling", zegt Irina SAENKO, senior onderzoeker, hoofd van de afdeling klinische fysiologie van het staatswetenschappelijk centrum van de Russische Federatie, Instituut voor biomedische problemen, Russische Academie van Wetenschappen. - Om dit te doen, wordt een dunne waterdichte film in een plas water geplaatst met een afmeting die aanzienlijk groter is dan het wateroppervlak, en de persoon wordt ondergedompeld in het water en wordt ervan gescheiden. Tegelijkertijd verliest hij zijn steun en zien we hoe onmiddellijk motorische stoornissen zich beginnen te ontwikkelen: de houding en coördinatie van motorische handelingen lijden. Hij staat onvast, loopt slecht en onhandig, voert nauwkeurige handelingen met moeite uit. Om deze aandoeningen te voorkomen, werd voorgesteld om de steunzones van de voeten te stimuleren door een belasting uit te oefenen die ongeveer gelijk is aan die op aarde bij staan ​​en lopen. Bovendien worden andere effectieve methoden gebruikt om mensen in terrestrische omstandigheden te behandelen, bijvoorbeeld het Penguin-pak begon in 1992 in de terrestrische geneeskunde te worden geïntroduceerd (het wordt al meer dan 20 jaar in de ruimte gebruikt), hoogfrequent en hoog- intensiteit elektrische stimulatie voor de behandeling van kinderen met hersenverlamming en mensen die langdurig liggen vanwege ziekte. Zo, het tweede en laatste hoofdstuk van het essay is tot een einde gekomen. Nadat ik al het materiaal heb gepresenteerd, wil ik overgaan tot de conclusie. GEVOLGTREKKING Dus, ter afsluiting van mijn werk, wil ik nogmaals de belangrijkste bepalingen van de samenvatting in herinnering brengen, die de essentie van het onderwerp onthullen:

Gewichtloosheid treedt op wanneer het lichaam vrij valt samen met de steun, d.w.z. de versnelling van het lichaam en de ondersteuning is gelijk aan de versnelling van de vrije val;

2) Er zijn twee soorten gewichtloosheid: statisch en dynamisch; 3) Gewichtloosheid kan worden gebruikt om sommige technologische processen te implementeren die moeilijk of onmogelijk te implementeren zijn onder terrestrische omstandigheden; 4) De studie van vlammen onder gewichtloze omstandigheden is nodig om de brandweerstand van een ruimtevaartuig te beoordelen en om speciale brandblusmiddelen te ontwikkelen; 5) Een gedetailleerd begrip van het proces van het koken van vloeistof in de ruimte is uiterst belangrijk voor de succesvolle werking van ruimtevaartuigen die tonnen vloeibare brandstof aan boord hebben; 6) Het effect van gewichtloosheid op het lichaam is negatief, omdat het een verandering in een aantal van zijn vitale functies veroorzaakt. Dit kan worden gecorrigeerd door kunstmatige zwaartekracht op het ruimtevaartuig te creëren, de spieractiviteit van de astronauten te beperken, enz. 7) Een persoon kan in de ruimte worden geopereerd, onder omstandigheden van gewichtloosheid. Dit werd bewezen door Franse artsen onder leiding van professor Dominique Martin uit Bordeaux. Er kan dus veel verschillende informatie over gewichtloosheid worden gevonden, maar ik denk dat in mijn werk het materiaal voldoende gedetailleerd wordt gepresenteerd, omdat het vanuit twee verschillende gezichtspunten wordt bekeken: fysiek en medisch. Ook in de samenvatting zijn beschrijvingen van enkele experimenten die wetenschappers in gewichtloosheid hebben uitgevoerd. Dit geeft naar mijn mening een visuele weergave van gewichtloosheid, het mechanisme van het optreden ervan, de kenmerken van dit fenomeen en het effect op het lichaam. Twee standpunten over het fenomeen gewichtloosheid - fysiek en medisch - vullen elkaar aan, aangezien geneeskunde onmogelijk is zonder natuurkunde!

Literatuur

Grote Sovjet-encyclopedie (in 30 delen). Ch. red. A.M. Prokhorov. Ed.3. M., "Sovjet-encyclopedie", 1974. Kabardin O.F. Natuurkunde: Referentiemateriaal: Leerboek voor studenten - 3e ed. - M.: Onderwijs, 1991. - 367 p. Kolesnikov Yu.V., Glazkov Yu.N. In een baan om de aarde - een ruimteschip - M.: Pedagogiek, 1980 Makovetsky P.V. Kijk naar de wortel! Verzameling van merkwaardige problemen en vragen. - M.: Nauka, 1979 Chandaeva S.A. Natuurkunde en mens. -M.: JSC "Aspect Press", 1994 Belyu L., Stulinger E. Orbital station "Skylab". VS, 1973. (Verkorte vertaling uit het Engels). Ed. Doctor in de natuurkunde en wiskunde Wetenschappen G.L. Grodzovsky. M., "Engineering", 1977 - Toegangsmodus: /bibl/skylab/obl.html Dyubankova O. Ruimtegeneeskunde bereikt de aarde niet Site van de uitgeverij "Argumenten en feiten" - Toegangsmodus: /online/gezondheid/511/03_01 Ivanov I. Vloeibare trillingen versnellen het koken in gewichtloosheid. Website: Elementen. Wetenschap nieuws. Toegangsmodus - http:// elementair. en/ nieuws/164820? bladzijde Klushantsev P. Huis in een baan om de aarde: verhalen over orbitale stations. -L.: Afd. verlicht, 1975. - P.25-28. Per. in e-mail visie. Yu. Zubakin, 2007- Toegangsmodus: ( http:// www. google. en, http:// afleveringen ruimte. test piloot. en/ bijbel/ Klusantsev/ dom- nee- bol75/ Klushantsev_04 . htm) In de ruimte kunnen mensen geopereerd worden. Franse artsen voerden de eerste chirurgische ingreep uit zonder zwaartekracht. Website van de Russische krant. RIA Nieuws. - Toegangsmodus: http:// www. rg. en/2006/09/28/ nevesomest- anons. html Vlam in gewichtloosheid. Mosjkov bibliotheek. - Toegangsmodus: /tp/nr/pn.htm Wetenschappers hebben het gevaar van gewichtloosheid vastgesteld. Krant-24. - Toegangsmodus: RIA Nieuws http://24.ua/news/show/id/66415.htm

BIJLAGE

bijlage 1

Rijst. 1. Experimenten om veranderingen in de massa van astronauten te beheersen:
a - meting van de massa afvalstoffen; b - meting van het lichaamsgewicht van astronauten; c - meting van voedselinname

Rijst. 2. Apparaat voor het bepalen van de massa van monsters in gewichtloosheid:
1 - elastische hoes

Rijst. 3. Grondtraining in het apparaat voor het creëren van negatieve druk op het onderlichaam van astronauten:
1 - apparaat voor het creëren van negatieve druk op het onderlichaam van astronauten; 2 - apparaat voor het bepalen van de bloeddruk; 3 - apparaat voor het verkrijgen van vectorcardiogrammen

Rijst. 4. Operatie met het LBNP-ruimtevaartuig aan boord van het Skylab-station (figuur)

Rijst. 5. Studie van de werking van het vestibulaire apparaat op een draaistoel

Rijst. 6. Lichaamsgewichtmeting

Rijst. 7. Onderzoek naar het effect van gewichtloosheid op levende cellen en menselijke weefsels

Rijst. 8. Het bestuderen van slaap en reacties tijdens slaapastronauten

Rijst. 9. Studie van de metabolische eigenschappen van een astronaut tijdens experimenten op een fietsergometer:
1 - fietsergometer; 2 - metabolische analysator: 3 - mondstuk; 4 - slang; 5 - sonde voor temperatuurmeting; 6 - elektroden

1. Regelingsmechanismen van de zuurstofstatus bij mensen onder simulatie van gewichtloosheid en bij gebruik van intensive care-methoden 14.00.32 Luchtvaart, ruimtevaart en mariene geneeskunde 14.00.37 Anesthesiologie en reanimatie

   Samenvatting van het proefschrift

   Het werk werd uitgevoerd in het Staats Wetenschappelijk Centrum van de Russische Federatie - het Instituut voor Biomedische Problemen van de Russische Academie van Wetenschappen (SSC RF - IBMP RAS)

2. Voorwaarden voor het creëren van gesimuleerde gewichtloosheid en de studie van ruimtelijke oriëntatie, groei en ontwikkeling van tarwe tijdens grondtesten van een prototype ruimtekas met een convex landingsoppervlak

   Studie

   OMSTANDIGHEDEN VOOR CREATIE VAN GESIMULEERDE GEWICHTHEID EN ONDERZOEK VAN RUIMTELIJKE ORINTATIE, GROEI EN ONTWIKKELING VAN TARWE TIJDENS GRONDTESTS VAN EEN RUIMTE BROEIKASPROTOTYPE MET EEN CONVEX LANDINGSOPPERVLAK

3. Synopsis van een les natuurkunde: "Lichaamsgewicht. Gewichtloosheid. Overbelastingen"

   Abstract

   De doelstellingen van de les: het concept van lichaamsgewicht herhalen, vaststellen hoe het gewicht van een lichaam verandert wanneer het met versnelling beweegt, nagaan wat de oorzaak is van gewichtloosheid en overbelasting.

4. Onderwerp van de les: “Zwaartekracht en lichaamsgewicht. Gewichtloosheid"

   Oplossing

   Doelen en doelstellingen van de les: kennis verbeteren over zwaartekrachtinteractie, de fysieke grootheden "zwaartekracht", "lichaamsgewicht" introduceren, ideeën vormen over het fenomeen gewichtloosheid, het vermogen vormen om de actie te benadrukken

5. Nikolaj Nosov. Weet niet op de maan

   Document

   Volgens het project van de architect Vertibutylkin werden zelfs twee draaiende gebouwen gebouwd in de Kolokolchikov-straat.

We leven in een tijd waarin vluchten van ruimtevaartuigen rond de aarde, naar de maan en naar andere planeten van het zonnestelsel niet langer verrassend zijn. We weten dat tijdens de vlucht kosmonauten en alle objecten op ruimteschepen zich in een speciale staat bevinden, de staat van gewichtloosheid. Wat is deze toestand en kan deze op aarde worden waargenomen? Gewichtloosheid is een complex fysiek fenomeen. Om het te begrijpen, moet je iets onthouden uit de cursus natuurkunde.

Met het gewicht van een lichaam bedoelen we dus de kracht waarmee het lichaam, door aantrekking tot de aarde, op de steun drukt.

En stel je voor dat de steun en het lichaam vrij vallen. De drager is immers ook een lichaam waarop de zwaartekracht inwerkt. Wat zal in dit geval het gewicht van het lichaam zijn: met welke kracht zal het lichaam op de steun inwerken?

Laten we een experiment doen. Laten we een klein lichaam nemen en het ophangen aan een veer die aan een vaste steun is bevestigd. Onder invloed van de zwaartekracht begint het lichaam naar beneden te bewegen, dus de veer wordt uitgerekt totdat er een elastische kracht in ontstaat, die de zwaartekracht in evenwicht houdt. Als je de draad doorknipt die de veer met het lichaam vasthoudt, zal de veer met het lichaam vallen. Het is te zien dat tijdens de herfst de spanning van de veer verdwijnt en terugkeert naar zijn oorspronkelijke grootte.

Dus wat gebeurt er? Als een veer met een lichaam valt, blijft deze niet uitgerekt. Dat wil zeggen, het vallende lichaam werkt niet in op de veer die ermee valt. In dit geval is het gewicht van het lichaam nul, maar het lichaam en de veer vallen, wat betekent dat de zwaartekracht er nog steeds op inwerkt.

Op dezelfde manier, als het lichaam en de standaard of steun waarop het lichaam ligt vrij vallen, zal het lichaam geen druk meer uitoefenen op de standaard of steun. In dit geval is het gewicht van het lichaam nul.

Soortgelijke verschijnselen worden ook waargenomen op ruimtevaartuigen en satellieten. De satelliet die rond de aarde draait, de astronaut en alle lichamen die zich in de satelliet bevinden, zijn in continue vrije val (ze lijken naar de aarde te vallen). Hierdoor zetten de lichamen tijdens de val geen druk op de steun en strekken ze de veer niet uit. Van dergelijke lichamen wordt gezegd dat ze zich in een staat van gewichtloosheid bevinden (“geen gewicht”, gewicht is nul).

Lichamen die niet in het ruimtevaartuig zijn bevestigd, "zweven" vrij. De vloeistof die in het vat wordt gegoten, drukt niet op de bodem en wanden van het vat, dus het stroomt niet door het gat in het vat naar buiten. Klokslingers rusten in de positie waarin ze worden achtergelaten. Een astronaut heeft geen enkele inspanning nodig om een ​​arm of been in gestrekte positie te houden. Hij heeft geen idee waar boven is en waar beneden. Als een lichaam een ​​snelheid krijgt ten opzichte van de satellietcabine, zal het in een rechte lijn en uniform bewegen totdat het tegen andere lichamen botst.

site, bij volledige of gedeeltelijke kopie van het materiaal, is een link naar de bron vereist.

Meer details over wat het is en waar het kan worden gevoeld, zullen in dit artikel worden besproken.

statisch

Er zijn twee soorten gewichtloosheid. Dit is statisch - waargenomen bij het weggaan van een object met een grote massa. Bijvoorbeeld een lichaam dat een behoorlijke afstand van de planeet heeft gevlogen. Het moet duidelijk zijn dat het gewicht niet volledig verdwijnt.

Feit is dat de zwaartekracht van massieve objecten, zoals planeten en sterren, hoewel deze afneemt met de afstand, niet volledig verdwijnt. Zijn werking strekt zich oneindig ver uit naar alle hoeken van het heelal, omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand. Dit volgt uit de definitie van gewichtloosheid.

Het is dus onmogelijk om buiten de werkingszone van het zwaartekrachtveld te komen.

Dynamisch

Een ander type gewichtloosheid is dynamisch. Het wordt voortdurend getest door astronauten en piloten. De werking van het zwaartekrachtveld van een massief object kan worden geneutraliseerd door er een vrije val op te maken. Om dit te doen, is het noodzakelijk dat het object een bepaalde snelheid oppikt en een satelliet wordt.

Na de nodige snelheid te hebben bereikt, begint de satelliet in een staat van constante vrije val te komen. Objecten erin zullen in een staat van gewichtloosheid zijn. Deze snelheid wordt de eerste kosmische genoemd.

Voor planeet Aarde is de snelheid bijvoorbeeld ongeveer 8 kilometer per seconde. Voor de zon - al 640. Het hangt allemaal af van de massa van het object en zijn dichtheid. In die gebieden waar de dichtheid honderden miljoenen tonnen per kubieke centimeter bereikt, benadert de kosmische snelheid de lichtsnelheid.

Gewichtloosheid op aarde

Het blijkt dat je de staat van gewichtloosheid kunt ervaren zonder de planeet te verlaten. Toegegeven, voor een zeer korte periode. Een passagier in een auto die op een gebogen brug rijdt, zal bijvoorbeeld enige tijd gewichtloosheid ervaren bovenaan de uitstulping van de brug.

Passagiers die met het openbaar vervoer over een hobbelige weg reizen, ervaren constant het effect van gewichtloosheid telkens wanneer de bus in een gat of hobbel rijdt. Voor een korte tijd zijn ze in een staat van vrije val.

Amusement

Onlangs zijn er speciale oefenterreinen verschenen in de entertainmentindustrie, waar iedereen gewichtloosheid kan ervaren.

Na het passeren van een medische commissie en het betalen van een bepaald bedrag, kun je aan boord gaan van een vliegtuig dat langs een golfachtige baan vliegt, en tijdens de piek kunnen mensen een ongewoon gevoel van gewichtloosheid ervaren gedurende een halve minuut.

De piloot van het vliegtuig informeert via intercom over het begin van gewichtloosheid. Dit is nodig om veiligheidsredenen. Feit is dat het vliegtuig na een vrije val snel hoogte wint. Tegelijkertijd ervaren mensen aan boord een diametraal tegengesteld effect: overbelasting.

Soms bereikt deze waarde driemaal de waarde van de versnelling van de vrije val. Met andere woorden, het gewicht van het lichaam zonder zwaartekracht zal drie keer natuurlijker zijn. Bij het vallen van een hoogte van enkele meters met een dergelijk lichaamsgewicht, is het heel gemakkelijk om gewond te raken.

Hiervoor zitten speciaal opgeleide instructeurs aan boord van het vliegtuig in het gewichtloosheidscompartiment. Hun taak is om die mensen op de vloer van het vliegtuig op tijd te laten zakken die er niet in geslaagd zijn om het gegeven tijdsinterval te halen.

Een reeks van ups en downs vindt plaats met tussenpozen van maximaal twintig keer per vliegtuigvlucht.

In Rusland bijvoorbeeld, voor degenen die gewichtloosheid willen voelen, is er een speciale centrifuge, die zich in het trainingscentrum voor kosmonauten en piloten bevindt. Nogmaals, na een medisch onderzoek en een contante bijdrage van ongeveer 55 duizend roebel, kan een persoon het effect van gewichtloosheid voelen.

Impact op het menselijk lichaam

Gewichtloosheid is per definitie absoluut onschadelijk voor het menselijk lichaam. Moeilijkheden beginnen wanneer het enkele dagen, weken of maanden duurt.

In de meeste gevallen geldt dit alleen voor de bewoners van ruimtestations. Kosmonauten die al heel lang aan boord zijn, beginnen aanzienlijk ongemak te ervaren. Dit komt voornamelijk door het vestibulaire mechanisme.

Op aarde, onder bekende omstandigheden, drukken de otolieten van het vestibulaire apparaat op de zenuwuiteinden en vertellen zo onze hersenen waar de boven- en onderkant zijn, en oriënteren het menselijk lichaam in de ruimte.

gewicht en gewichtloosheid

Het is iets heel anders als het lichaam niets weegt. Alle processen daarin verlopen anders. Door het gebrek aan druk van de otolieten treedt een schending van de oriëntatie in de ruimte op. Het concept van "omhoog" en "omlaag" in de ruimte verdwijnt volledig. Gebrek aan fysieke activiteit schaadt ook het menselijk lichaam. In deze toestand zal spierweefsel atrofiëren als er geen actie wordt ondernomen. Met zijn degradatie lijdt ook botweefsel. Bij afwezigheid van belasting komt er minder fosfor in de botten van het lichaam.

Moeite met eten en slikken van vloeistoffen. Alle vloeistoffen hebben tegelijkertijd de neiging om een ​​bolvorm aan te nemen, wat alledaagse dingen erg moeilijk maakt. Zelfs een gewone loopneus in gewichtloze omstandigheden kan een zeer moeilijke test voor het lichaam zijn vanwege het feit dat sputum niet door de zwaartekracht wordt uitgescheiden, maar bolvormige druppels vormt.

Om de nodige toon te behouden, trainen astronauten constant meerdere uren per dag. Als ze gaan slapen, binden ze zichzelf vast met speciale riemen om tijdens het slapen niet gewond te raken.

Speciaal voedsel in tubes en brood dat niet verkruimelt zijn ontwikkeld om astronauten te voeden.

Voordat een persoon lange tijd gewichtloosheid ervaart, moet hij het effect ervan op de grond voelen om erachter te komen hoe de afwezigheid van zwaartekracht hem in de toekomst zal beïnvloeden.

We zijn eraan gewend dat alle objecten om ons heen gewicht hebben. Dit gebeurt omdat de zwaartekracht hen naar de aarde trekt. Zelfs als we in een vliegtuig vliegen of aan een parachute springen, verdwijnt het gewicht niet van ons. Maar wat gebeurt er als het gewicht nog steeds verdwijnt, wanneer gebeurt dit en welke interessante verschijnselen worden waargenomen in zwaartekracht? Dit staat allemaal in dit bericht.

De wet van universele zwaartekracht, ontdekt door Newton, zegt dat alle lichamen met massa tot elkaar worden aangetrokken. Voor lichamen met een kleine massa is zo'n aantrekkingskracht praktisch niet merkbaar, maar als het lichaam een ​​grote massa heeft, zoals onze planeet Aarde (en de massa in kilogram wordt uitgedrukt door een getal van 25 cijfers), dan wordt de aantrekkingskracht merkbaar . Daarom worden alle objecten door de aarde aangetrokken - als je ze oppakt, vallen ze naar beneden, en als ze vallen, duwt de zwaartekracht ze naar de oppervlakte. Dit leidt ertoe dat alles op aarde gewicht heeft, zelfs lucht wordt door de zwaartekracht tegen de aarde gedrukt en het gewicht drukt op alles wat zich op het oppervlak bevindt.

Wanneer kan het gewicht verdwijnen? Ofwel wanneer de zwaartekracht helemaal niet op het lichaam inwerkt, ofwel wanneer het inwerkt, maar niets verhindert dat het lichaam vrij kan vallen. Hoewel met de afstand tot de aarde de aantrekkingskracht erop afneemt, zelfs op een hoogte van honderden en duizenden kilometers, blijft het nog steeds groot, dus het is niet eenvoudig om van de zwaartekracht af te komen. Maar het is heel goed mogelijk om in een staat van vrije val te zijn.

U kunt zich bijvoorbeeld in een staat van gewichtloosheid bevinden als u zich in een vliegtuig bevindt dat zich langs een speciaal traject voortbeweegt - net als een lichaam, dat niet wordt gehinderd door luchtweerstand.

Het ziet er allemaal zo uit:

Natuurlijk kan het vliegtuig lange tijd niet langs zo'n traject bewegen, omdat het op de grond zal neerstorten. Daarom worden alleen kosmonauten die in een orbitaalstation leven, geconfronteerd met een lang verblijf in gewichtloosheid. En ze moeten wennen aan het feit dat veel van de verschijnselen die we gewend zijn in gewichtloosheid, helemaal niet op dezelfde manier plaatsvinden als op aarde.

1) In gewichtloosheid kun je gemakkelijk zware voorwerpen verplaatsen en jezelf verplaatsen met slechts een kleine inspanning. Toegegeven, om dezelfde reden moeten alle objecten speciaal worden vastgezet zodat ze niet rond het orbitale station vliegen, en tijdens de slaap worden de kosmonauten in speciale tassen genomen die aan de muur zijn bevestigd.

Leren bewegen zonder zwaartekracht kost tijd, en beginners doen er lang over. "Ze duwen met al hun kracht en stoten met hun hoofd, raken verstrikt in draden en zo, dus het is een bron van eindeloos plezier", zei een Amerikaanse astronaut over dit onderwerp.

2) Vloeistoffen zonder zwaartekracht nemen een bolvorm aan. Water zal niet werken, zoals we op aarde gewend zijn, om het in een open container te bewaren, het uit een theepot te schenken en in een kopje te gieten, zelfs onze handen wassen zal niet werken zoals we gewend zijn.

3) De vlam in gewichtloosheid is erg zwak en sterft na verloop van tijd uit. Als je onder normale omstandigheden een kaars aansteekt, zal deze fel branden totdat hij opbrandt. Maar dit gebeurt omdat de verwarmde lucht lichter wordt en opstijgt, waardoor er ruimte ontstaat voor frisse lucht die verzadigd is met zuurstof. Bij nul zwaartekracht wordt geen luchtconvectie waargenomen en na verloop van tijd brandt zuurstof rond de vlam uit en stopt de verbranding.

Een kaars branden onder normale omstandigheden en in gewichtloosheid (rechts)

Maar een constante toevoer van zuurstof is niet alleen nodig voor de verbranding, maar ook voor de ademhaling. Daarom, als de astronaut stilstaat (bijvoorbeeld in slaap), moet een ventilator in het compartiment werken om de lucht te mengen.

4) In gewichtloosheid is het mogelijk om unieke materialen te verkrijgen die moeilijk of onmogelijk te verkrijgen zijn onder terrestrische omstandigheden. Bijvoorbeeld ultrazuivere stoffen, nieuwe composietmaterialen, grote reguliere kristallen en zelfs medicijnen. Als het mogelijk zou zijn om de kosten van het vervoer van vracht naar de ruimte en terug te verlagen, zou dit veel technologische problemen oplossen.

5) In de zwaartekracht aan boord van het orbitaalstation werden voor het eerst enkele voorheen onbekende effecten ontdekt. Bijvoorbeeld de vorming van structuren die lijken op kristallijne structuren in plasma, of het "Dzhanibekov-effect" - wanneer een roterend object met regelmatige tussenpozen plotseling zijn rotatie-as 180 graden verandert.

Dzjanibekov-effect:

6) Gewichtloosheid heeft een grote impact op mensen en levende organismen. Hoewel je je kunt aanpassen aan het leven zonder zwaartekracht, is het niet eenvoudig. Als hij voor het eerst in een staat van gewichtloosheid verkeert, verliest een persoon zijn oriëntatie in de ruimte, duizeligheid treedt op, omdat het vestibulaire apparaat niet meer normaal functioneert. Andere veranderingen in het lichaam zijn onder meer de herverdeling van vocht in het lichaam, waardoor het gezicht opzwelt en de neus verstopt raakt, als gevolg van het verlies van de belasting van de wervelkolom, de groei toeneemt, en bij langdurige gewichtloosheid, spieratrofie en verlies van botsterkte. Om negatieve veranderingen te verminderen, moeten astronauten regelmatig speciale oefeningen uitvoeren.

Na hun terugkeer naar de aarde moeten de kosmonauten zich opnieuw aanpassen aan de vorige omstandigheden, niet alleen fysiek, maar ook psychologisch. Ze kunnen bijvoorbeeld uit gewoonte het glas in de lucht laten staan ​​en vergeten dat het zal vallen.

"Fysica van gewichtloosheid". Astronauten op het ISS vertellen hoe de natuurwetten werken zonder zwaartekracht: