Selv en person uden interesse i rummet har nogensinde set en film om rumrejser eller læst om sådanne ting i bøger. I næsten alle sådanne værker går folk rundt på skibet, sover norm alt og oplever ikke problemer med at spise. Det betyder, at disse - fiktive - skibe har kunstig tyngdekraft. De fleste seere opfatter dette som noget helt naturligt, men det er det slet ikke.
kunstig tyngdekraft
Dette er navnet på ændringen (i enhver retning) af tyngdekraften, som vi kender ved at anvende forskellige metoder. Og dette gøres ikke kun i fantastiske værker, men også i meget virkelige jordiske situationer, oftest til eksperimenter.
I teorien ser skabelsen af kunstig tyngdekraft ikke så vanskelig ud. For eksempel kan det genskabes ved hjælp af inerti, mere præcist centrifugalkraft. Behovet for denne magt opstod ikke i går - det skete med det samme, så snart en person begyndte at drømme om langsigtede rumflyvninger. Skabelsekunstig tyngdekraft i rummet vil gøre det muligt at undgå mange problemer, der opstår under længerevarende ophold i vægtløshed. Astronauternes muskler svækkes, knoglerne bliver mindre stærke. Når du rejser under sådanne forhold i flere måneder, kan du få atrofi af nogle muskler.
I dag er skabelsen af kunstig tyngdekraft derfor en opgave af altafgørende betydning, rumudforskning uden denne færdighed er simpelthen umulig.
Materials
Selv dem, der kun kender fysik på niveau med skolens læseplan, forstår, at tyngdekraften er en af de grundlæggende love i vores verden: alle kroppe interagerer med hinanden og oplever gensidig tiltrækning/frastødning. Jo større kroppen er, jo større er dens tiltrækningskraft.
Jorden for vores virkelighed er et meget massivt objekt. Det er derfor, uden undtagelse, at alle kroppe omkring hende er tiltrukket af det.
For os betyder dette accelerationen af frit fald, som norm alt måles i g, svarende til 9,8 meter pr. kvadratsekund. Det betyder, at hvis vi ikke havde nogen støtte under fødderne, ville vi falde med en hastighed, der stiger med 9,8 meter hvert sekund.
Således er vi kun takket være tyngdekraften i stand til at stå, falde, spise og drikke norm alt, forstå hvor er oppe, hvor er nede. Hvis tyngdekraften forsvinder, vil vi være i nul tyngdekraft.
Astronauter, der befinder sig i rummet i en tilstand af skyhøje - frit fald, kender især dette fænomen.
Teoretisk set ved videnskabsmænd, hvordan man skaber kunstig tyngdekraft. Eksistererflere teknikker.
Big Mass
Den mest logiske mulighed er at gøre rumskibet så stort, at det har kunstig tyngdekraft. Det vil være muligt at føle sig godt tilpas på skibet, da orienteringen i rummet ikke vil gå tabt.
Desværre er denne metode med den moderne teknologiske udvikling urealistisk. At bygge et sådant objekt kræver for mange ressourcer. Derudover vil det kræve utrolig meget energi at løfte det.
Speed op
Det ser ud til, at hvis du vil opnå g lig med jordens, skal du blot give skibet en flad (platform)form og få det til at bevæge sig vinkelret på planet med den ønskede acceleration. På denne måde opnås kunstig tyngdekraft, og det er ideelt.
Men virkeligheden er meget mere kompliceret.
Først og fremmest er det værd at overveje brændstofproblemet. For at stationen konstant kan accelerere, er det nødvendigt at have en uafbrydelig strømforsyning. Selv hvis der pludselig dukker en motor op, som ikke skubber stof ud, vil loven om bevarelse af energi forblive i kraft.
Det andet problem er selve ideen om konstant acceleration. Ifølge vores viden og fysiske love er det umuligt at accelerere til det uendelige.
Derudover er sådanne køretøjer ikke egnede til forskningsmissioner, da de konstant skal accelerere - flyve. Han vil ikke være i stand til at stoppe for at studere planeten, han vil ikke engang være i stand til at flyve langsomt rundt om den - han skal accelerere.
SåDet bliver således klart, at en sådan kunstig tyngdekraft endnu ikke er tilgængelig for os.
Carousel
Alle ved, hvordan karrusellens rotation påvirker kroppen. Derfor synes en kunstig tyngdekraftsanordning ifølge dette princip at være den mest realistiske.
Alt, der er i karrusellens diameter, har en tendens til at falde ud af den med en hastighed, der omtrent svarer til rotationshastigheden. Det viser sig, at en kraft virker på kroppen, rettet langs radius af det roterende objekt. Det minder meget om tyngdekraften.
Så du har brug for et skib, der har en cylindrisk form. Samtidig skal den dreje rundt om sin akse. I øvrigt vises kunstig tyngdekraft på et rumskib, skabt efter dette princip, ofte i science fiction-film.
Tøndeformet skib, der roterer omkring den langsgående akse, skaber en centrifugalkraft, hvis retning svarer til objektets radius. For at beregne den resulterende acceleration skal du dividere kraften med massen.
Det vil ikke være svært for folk, der kan fysik at beregne dette: a=ω²R.
I denne formel er resultatet af beregningen accelerationen, den første variabel er knudehastigheden (målt i radianer pr. sekund), den anden er radius.
Ifølge dette, for at opnå det sædvanlige g, er det nødvendigt at kombinere vinkelhastigheden og radius af rumtransport korrekt.
Dette problem er dækket i film som "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" og lignende. I alle disse tilfældekunstig tyngdekraft er tæt på jordens frie faldsacceleration.
Uanset hvor god idéen er, er det ret svært at implementere den.
Problemer med karruselmetoden
Det mest åbenlyse problem er fremhævet i A Space Odyssey. Radius af "rumbæreren" er omkring 8 meter. For at få en acceleration på 9,8 skal rotationen ske med en hastighed på cirka 10,5 omdrejninger hvert minut.
Ved de angivne værdier manifesteres "Coriolis-effekten", som består i, at forskellige kræfter virker i forskellig afstand fra gulvet. Det afhænger direkte af vinkelhastigheden.
Det viser sig, at der vil blive skabt kunstig tyngdekraft i rummet, men for hurtig rotation af sagen vil føre til problemer med det indre øre. Dette forårsager igen ubalancer, problemer med det vestibulære apparat og andre lignende problemer.
Fremkomsten af denne barriere tyder på, at en sådan model er ekstremt mislykket.
Du kan prøve at gå fra det modsatte, som de gjorde i romanen "The World-Ring". Her er skibet lavet i form af en ring, hvis radius er tæt på radius af vores bane (ca. 150 millioner km). Ved denne størrelse er dens rotationshastighed nok til at ignorere Coriolis-effekten.
Du kan antage, at problemet er løst, men det er det slet ikke. Faktum er, at en fuldstændig rotation af denne struktur omkring sin akse tager 9 dage. Dette gør det muligt at antage, at belastningerne bliver for store. For atkonstruktionen modstod dem, der skal et meget stærkt materiale til, som vi ikke råder over i dag. Derudover er problemet mængden af materiale og selve byggeprocessen.
I spil med et lignende tema, som i filmen "Babylon 5", er disse problemer på en eller anden måde løst: rotationshastigheden er ganske tilstrækkelig, Coriolis-effekten er ikke signifikant, det er hypotetisk muligt at skabe sådan et skib.
Men selv sådanne verdener har en ulempe. Hans navn er momentum.
Skibet, der roterer om sin akse, bliver til et enormt gyroskop. Som bekendt er det ekstremt svært at få gyroskopet til at afvige fra aksen på grund af vinkelmomentet. Det er vigtigt, at dens mængde ikke forlader systemet. Det betyder, at det vil være meget svært at sætte retningen for dette objekt. Dette problem kan dog løses.
Problemløsning
Kunstig tyngdekraft på en rumstation bliver tilgængelig, når "O'Neill-cylinderen" kommer til undsætning. For at skabe dette design er der brug for identiske cylindriske skibe, som er forbundet langs aksen. De skal rotere i forskellige retninger. Resultatet af denne samling er nul vinkelmomentum, så der burde ikke være nogen problemer med at give skibet den ønskede retning.
Hvis det er muligt at lave et skib med en radius på omkring 500 meter, så vil det fungere præcis som det skal. Samtidig vil kunstig tyngdekraft i rummet være ganske behagelig og velegnet til lange flyvninger på skibe eller forskningsstationer.
Space Engineers
Hvordan man skaber kunstig tyngdekraft er kendt af spilskaberne. Men i denne fantasiverden er tyngdekraften ikke den gensidige tiltrækning af kroppe, men en lineær kraft designet til at accelerere objekter i en given retning. Tiltrækningen her er ikke absolut, den ændrer sig, når kilden omdirigeres.
Kunstig tyngdekraft på rumstationen skabes ved at bruge en speciel generator. Den er ensartet og ligevejs i området af generatoren. Så i den virkelige verden, hvis du bliver ramt af et skib, der har en generator installeret, ville du blive trukket til skroget. Men i spillet vil helten falde, indtil han forlader enhedens omkreds.
I dag er kunstig tyngdekraft i rummet, skabt af sådan en enhed, utilgængelig for menneskeheden. Men selv gråhårede udviklere holder ikke op med at drømme om det.
Sfærisk generator
Dette er en mere realistisk version af udstyret. Når den er installeret, har tyngdekraften en retning mod generatoren. Dette gør det muligt at skabe en station, hvis tyngdekraft vil være lig med den planetariske.
Centrifuge
I dag findes kunstig tyngdekraft på Jorden i forskellige enheder. De er for det meste baseret på inerti, da denne kraft mærkes af os på samme måde som gravitationseffekter - kroppen skelner ikke, hvad der forårsager acceleration. Som et eksempel: en person, der går op i en elevator, oplever virkningen af inerti. Gennem en fysikers øjne: At løfte en elevator øger accelerationen af det frie fald bilens acceleration. Ved hjemkomstkabiner til en målt bevægelse "forøgelse" i vægt forsvinder, returnerer de sædvanlige fornemmelser.
Forskere har længe været interesseret i kunstig tyngdekraft. Centrifugen bruges oftest til disse formål. Denne metode er ikke kun egnet til rumfartøjer, men også til jordstationer, hvor det er nødvendigt at studere tyngdekraftens virkning på den menneskelige krop.
Study on Earth, ansøg om…
Selvom studiet af tyngdekraften begyndte fra rummet, er det en meget hverdagsagtig videnskab. Selv i dag har resultater på dette område fundet deres anvendelse, for eksempel inden for medicin. Ved at vide om det er muligt at skabe kunstig tyngdekraft på planeten, kan man bruge det til at behandle problemer med det motoriske apparat eller nervesystemet. Desuden udføres undersøgelsen af denne kraft primært på Jorden. Dette gør det muligt for astronauter at udføre eksperimenter, mens de forbliver under lægernes opmærksomhed. En anden ting er kunstig tyngdekraft i rummet, der er ingen mennesker der, der kan hjælpe astronauter i tilfælde af en uforudset situation.
I betragtning af total vægtløshed kan man ikke tage hensyn til en satellit i lav kredsløb om jorden. Disse objekter er, omend i et lille omfang, påvirket af tyngdekraften. Tyngdekraften, der genereres i sådanne tilfælde, kaldes mikrogravitation. Virkelig tyngdekraft opleves kun i et apparat, der flyver med konstant hastighed i det ydre rum. Men menneskekroppen mærker ikke denne forskel.
Du kan opleve vægtløshed under et langt hop (før baldakinen åbner) eller under en parabolisk nedstigning af flyet. Sådanne eksperimenterofte iscenesat i USA, men på et fly varer denne følelse kun 40 sekunder - det er for kort til en fuldstændig undersøgelse.
I USSR tilbage i 1973 vidste de, om det var muligt at skabe kunstig tyngdekraft. Og ikke kun skabte det, men også ændret det på en eller anden måde. Et levende eksempel på et kunstigt fald i tyngdekraften er tør nedsænkning, nedsænkning. For at opnå den ønskede effekt skal du lægge en tæt film på overfladen af vandet. Personen er placeret oven på den. Under vægten af kroppen synker kroppen under vand, kun hovedet forbliver over. Denne model demonstrerer den lave tyngdekraftsstøtte, der findes i havet.
Der er ingen grund til at gå ud i rummet for at mærke effekten af den modsatte kraft af vægtløshed - hypertyngdekraft. Når du letter og lander et rumfartøj i en centrifuge, kan du ikke kun mærke overbelastningen, men også studere den.
Tyngekraftsbehandling
Gravitationsfysik studerer blandt andet vægtløshedens indvirkning på den menneskelige krop og søger at minimere konsekvenserne. Imidlertid kan et stort antal resultater af denne videnskab være nyttige for almindelige indbyggere på planeten.
Læger sætter store forhåbninger til forskning i muskelenzymes adfærd i myopati. Dette er en alvorlig sygdom, der fører til tidlig død.
Med aktive fysiske øvelser kommer en stor mængde af enzymet kreatinophosphokinase ind i blodet hos en rask person. Årsagen til dette fænomen er ikke klar, måske virker belastningen på cellemembranen på en sådan måde, at den"perforerer". Patienter med myopati får samme effekt uden træning. Observationer af astronauter viser, at i vægtløshed reduceres strømmen af det aktive enzym i blodet betydeligt. Denne opdagelse tyder på, at brugen af nedsænkning vil reducere den negative virkning af faktorer, der fører til myopati. Dyreforsøg er i gang i øjeblikket.
Behandling af nogle sygdomme udføres allerede i dag ved hjælp af data opnået fra undersøgelsen af tyngdekraften, herunder kunstig. For eksempel behandles cerebral parese, slagtilfælde, Parkinsons sygdom ved brug af belastningsdragter. Forskning i den positive virkning af støtten - den pneumatiske sko er næsten færdig.
Vil vi flyve til Mars?
De seneste resultater af astronauter giver håb om projektets virkelighed. Der er erfaring med medicinsk støtte til en person under et længere ophold væk fra Jorden. Forskningsflyvninger til Månen, hvor tyngdekraften er 6 gange mindre end vores egen, har også medført en masse fordele. Nu sætter astronauter og videnskabsmænd sig et nyt mål - Mars.
Før du stiller dig i kø til en billet til Den Røde Planet, bør du vide, hvad kroppen forventer allerede i første fase af arbejdet - på vejen. I gennemsnit vil vejen til ørkenplaneten tage halvandet år – omkring 500 dage. På vejen bliver du kun nødt til at stole på din egen styrke, der er simpelthen ingen steder at vente på hjælp.
Mange faktorer vil underminere styrke: stress, stråling, mangel på et magnetfelt. Den vigtigste test for kroppen er ændringen i tyngdekraften. Under rejsen "stifter" en person bekendtskab medflere niveauer af tyngdekraft. Først og fremmest er disse overbelastninger under start. Derefter - vægtløshed under flyvningen. Derefter hypogravity på destinationen, da gravitationen på Mars er mindre end 40 % af Jorden.
Hvordan håndterer du de negative virkninger af vægtløshed på en lang flyvetur? Det er håbet, at udviklingen inden for skabelse af kunstig tyngdekraft vil hjælpe med at løse dette problem i den nærmeste fremtid. Eksperimenter med rotter, der rejser på Kosmos-936, viser, at denne teknik ikke løser alle problemer.
OS-erfaring har vist, at brugen af træningskomplekser, der kan bestemme den nødvendige belastning for hver astronaut individuelt, kan give meget flere fordele for kroppen.
Indtil videre menes det, at ikke kun forskere vil flyve til Mars, men også turister, der ønsker at etablere en koloni på den røde planet. For dem vil i det mindste i starten følelsen af at være i vægtløshed opveje alle lægers argumenter om farerne ved langvarig udsættelse for sådanne tilstande. De får dog også brug for hjælp om et par uger, og derfor er det så vigtigt at kunne finde en måde at skabe kunstig tyngdekraft på et rumskib.
Resultater
Hvilke konklusioner kan man drage om skabelsen af kunstig tyngdekraft i rummet?
Blandt alle de muligheder, der overvejes i øjeblikket, ser den roterende struktur den mest realistiske ud. Men med den nuværende forståelse af fysiske love er dette umuligt, da skibet ikke er en hul cylinder. Inde i den er der overlapninger, der forstyrrer realiseringen af ideer.
Desuden burde skibets radius være detstor, så Coriolis-effekten ikke har en væsentlig effekt.
For at styre noget som dette, skal du bruge O'Neill-cylinderen nævnt ovenfor, som vil give dig mulighed for at kontrollere skibet. I dette tilfælde øges chancerne for at bruge et lignende design til interplanetære flyvninger med at give besætningen et behageligt tyngdekraftsniveau.
Før det lykkes menneskeheden at gøre deres drømme til virkelighed, vil jeg gerne se lidt mere realisme og endnu mere viden om fysikkens love i science fiction.
