Парадокси на теглото
"Техника-младост" 1961 г. № 7, вкл., стр. 5-7
 |
В раздела: ракетата, заедно с астронавта в нея и свободно висящият обект са две небесни тела, всяко от които се движи по собствена траектория около Земята. Следователно обектът вътре в ракетата започва да описва елипса.
| ПРАВИЛНО ЛИ РАЗБИРАМЕ БЕЗТЕГЛОВНОСТТА? КОЕ ИМА ПОВЕЧЕ МЕЖДУ БЕЗТЕГЛОВНОСТ И ПРЕНАТОРЕНЕ - РАЗЛИКИ ИЛИ ПРИЛИКИ? МОЖЕ ЛИ ЧОВЕК ДА ТЕЖИ ЕДИН ТОН? |
СТАТИЯТА РАЗКАЗВА ЗА ТОВА
Н. СЕЛЯКОВ, доктор на техническите науки, професор (Вологда)
| Р |
Галилей разсъждава нещо подобно; да предположим, че тежък камък пада по-бързо от лек. Тогава при връзването на тези камъни лекият ще забави движението на тежкия, тоест ще му действа със сила, която не му позволява да падне. Но, от друга страна, теглото на свързаните камъни е по-голямо от теглото на един тежък, така че снопът трябва да падне по-бързо от тежкия камък. Оказва се, че предположението е грешно. Всички тела трябва да падат с еднаква скорост, независимо от теглото им. Това означава, че между тях няма усилия. Това означава, че по време на свободно падане те са в безтегловност.
ППрофесорът от Московския държавен университет Н. А. Любимов добре илюстрира мисълта на Галилей. Български физик показа на своите ученици интересен опит. Точката на окачване на махалото беше фиксирана върху дъската, която можеше да пада свободно. Ако махалото беше отклонено до крайната си позиция и освободено едновременно с началотопадането на дъската, след което тя остава неподвижна спрямо дъската и не прави никакви трептения. Ако началото на движението на дъската съвпадна с момента, в който махалото, падайки надолу, беше във вертикално положение, тогава то започна да прави кръгово движение. Остана само инерцията, която или поддържаше махалото в покой. или го накара да се върти. Силата на гравитацията и в двата случая изчезна за махалото.
Пилотът, седнал в пилотската кабина на свободно падащ самолет, се чувства така. сякаш седалката на самолета се измества изпод него. Това е така, защото пилотът натиска седалката с много по-малко сила, отколкото когато лети хоризонтално или повдига самолета. Нещо подобно изпитва всеки, който е в кабината на асансьора по време на рязко спускане надолу. Следователно едно е, когато човек се претегля, докато е на Земята, и везните са неподвижни спрямо него (това ще бъде нормалното му тегло), а съвсем друго е, ако претеглящият човек, заедно с везните, е в хипотетична стая, която пада свободно спрямо Земята. Тогава везните спират работата си и човекът става сякаш безтегловен.
Това състояние наричаме динамична безтегловност. Появява се, когато системата от тела е само под въздействието на гравитацията, тоест когато върху нашата система не действат други сили (триене, тяга на двигателя и др.).
 |
Падащото махало се държи доста странно: или замръзва, или започва да се върти.
В експериментите на професор Любимов продължителността на състояние, близко до динамичната безтегловност, е била части от секундата. Пилот в пилотската кабина на самолет, падащ от височина 2-3 км, изпитва състояние, близко до безтегловност, за по-дълго време, но не повече от една минута. краткосрочене намаляване на теглото на пътник в кабината на спускащ се асансьор. Следователно феноменът на безтегловността не е предизвиквал голям интерес в миналото. Сега положението е различно. С появата на сателитите, лунните изследователи, сателитните кораби и космическите ракети състоянието на динамична безтегловност може да се удължи. Ето защо сега е от особен интерес: с изключение на Ю. Гагарин, нито един човек не е бил в това състояние от дълго време.
КАКВО Е ДИНАМИЧНА БЕЗТЕГЛОВНОСТ?
PНека се опитаме да разберем този проблем по-подробно. Това е още по-интересно, защото много хора не разбират състоянието на динамична безтегловност.
Представете си ракета от голяма надморска височина, която пада под въздействието на гравитацията към Земята. Вътре ще бъде динамична безтегловност.
Ракетата се движи по права линия към центъра на Земята. Очевидно цялата ракета като цяло и толкова. това, което е твърдо свързано с него, ще се движи с ускорение, равно на ускорението на неговия център на тежестта, разположен в точка О. Малко по-далеч от точка О в ракетата има обект, който не е свързан с нея. Гравитационните сили между обекта и ракетата могат да се считат за изчезващо малки в сравнение със силата на привличане към Земята. Тъй като обектът е на по-голямо разстояние от центъра на тежестта, отколкото точка O, той ще падне с по-малко ускорение от точка O и стените на ракетата. Следователно обектът ще се отдалечи от точка O. Отдалечавайки се от центъра на тежестта на ракетата, но в обратна посока, ще има и обект, който е по-близо до Земята от точка O. Следователно и двата обекта образуват някакво, много малко тегло.
Пълна безтегловност ще има само в точка О и във всички точки на повърхността на сфера, изтеглена от центъра на Земята с радиус, равен на разстоянието от нея до точка О.
Има сила между два обекта, която може да бъдеизчислени и измерени. Възможно е, например, да се свържат достатъчно масивни обекти с пружина и чрез нейната деформация да се измери силата, действаща между тях.
Състоянието на динамична безтегловност ще бъде и в случай, че ракетата, след като получи значителна скорост, започне бавно да се движи нагоре от повърхността на Земята.
Всъщност, в края на краищата, такова движение може да се разглежда като сложно, състоящо се от праволинейно равномерно движение нагоре и ускорено падане надолу. Първото движение се случва без въздействието на сила върху тялото и следователно в този случай не може да става въпрос за теглото на тялото. Второто движение, както знаем, е придружено от динамична безтегловност. Следователно, когато летите в космоса нагоре с изключен двигател, вътре в ракетата също ще има динамична безтегловност с всички явления, които бяха обсъдени по-горе.
 |
Как да плувате при нулева гравитация.
Исо ВицV. КАЩЕНКО
Нека приемем за простота, че изкуствен спътник е навлязъл в кръгова орбита с радиус от приблизително 7000 km (всички наши спътници са се преместили приблизително на това разстояние от центъра на Земята). Тъй като движението в кръг може да се разложи на две компоненти - праволинейно равномерно и ускорено падане надолу, вътре в ракетата ще се установи динамична безтегловност.
Свободен обект в сателит, ориентиран спрямо Земята, ще се движи по елипса. Ако в перигея разстоянието между обекта и центъра на тежестта на спътника е 2,5 m, то след половин период то ще се увеличи до 17,5 m.
Периодът на въртене на такъв обект ще бъде по-малък от периода на въртене на центъра на тежестта на ракетата с около 0,005 сек. Следователно обектът ще започне не само да се отдалечава от центъра на тежестта, но и да изостава от него. След половин период забавянето ще бъде около40 м. С отстраняването на ракетата от гравитационния център, остатъчното тегло на тялото бързо ще намалее. На разстояние 70 хиляди км от центъра на Земята той вече ще бъде хиляда пъти по-малък, отколкото на разстояние 7 хиляди км, когато все още може да бъде открит. Ето защо се смята, че теглото напълно изчезва вътре в ракета, летяща в космоса. Такъв ще бъде случаят на големи разстояния.
 |
При падаща ракета само обекти в центъра на тежестта на ракетата падат с еднакво ускорение. Други обекти имат свои собствени ускорения и постепенно се придвижват към стените на ракетата.
Вероятно на практика феноменът на динамичната безтегловност в ракетите може да се използва за измерване на разстоянието на ракетата от привличащия център, за по-подробно изследване на гравитационните полета и за създаване на инструмент, който открива големи метеори, летящи покрай ракетата.
КОГАТО ПРЕТОВАРВАНЕТО ДОМИНИРА
TА сега да се обърнем към претоварването, тоест към такова състояние на пространството вътре в движеща се ракета, когато то е не само под въздействието на гравитацията, но и под въздействието на силата на тягата на двигателя. Нека се спрем на най-простия случай - моментът на изстрелване: ракета на голяма надморска височина се издига, преодолявайки силата на гравитацията. Движението на ракетата в този момент може да се разглежда като сложно движение на издигане под действието на тягата на двигателя и падане под действието на гравитацията (съпротивлението на въздуха засега може да се изключи).
Когато ракетата се движи под действието на гравитацията, пространството вътре в ракетата ще бъде в състояние на безтегловност, а когато се движи нагоре под действието на силата на тягата, телата вътре в ракетата ще изпитват натиск отдолу.
Според третия закон на Нютон действието винаги е равно на реакцията. Следователно, теглото на тялото вътре в ракетата в нашатаВ този случай тя се определя само от силата на тягата на двигателя, независимо от гравитационното поле, в което се движи ракетата (не вземаме предвид остатъчното тегло на тялото, което е много малко в сравнение с теглото на тялото, определено от силата на тягата на двигателя).
Както вече споменахме, динамичната безтегловност се появява вътре в ракета с голяма надморска височина, която се издига поради маржа на скоростта. При наличието на съпротивителна среда, атмосферата, силата на тягата на двигателя ще намалее и нищо повече. Но при изключен двигател, ако ракетата се движи в същата атмосфера, ще има обратно тегло. Това е такова състояние на пространството вътре в ракетата, когато свободните тела ще се движат към тавана на ракетата (дъното на ракетата е насочено към Земята).
Когато човек лети в космоса за известно време - само за няколко минути - той трябва да изпита претоварване и дълго състояние на безтегловност. Най-трудното нещо при летенето е претоварването. Следователно е необходима предварителна подготовка. Според чуждата преса например е използван този метод за подготовка за презареждане. Мъж е бил качен на каруца, която е била отчетена със скорост от 1100 км в час. Тогава количката внезапно спря. В същото време беше възможно да се получат претоварвания, надвишаващи нормалното тегло 50 пъти.
Резултатите от експериментите, проведени с тази количка, показват, че човек понася относително добре претоварване, което е 4-5 пъти теглото, ако тялото е разположено перпендикулярно на посоката на ускорението. Ако, от друга страна, стартовите ускорения водят до увеличаване на теглото с коефициент 8-10, е необходимо космонавтът да бъде в специален удобен стол и претоварванията да се разпределят възможно най-равномерно върху цялото тяло. Въпреки това претоварванията вече ще бъдат толкова големи, че по време на изстрелването човек няма да може да контролира кораба. Вместо това тази задача ще бъде изпълнена от надеждни, точни,бързи машини.
Полетът на съветския пилот Гагарин в космоса показа, че нашите учени, инженери и работници успяха да преодолеят всички трудности, свързани с космическия полет, и че космонавтите могат да издържат на претоварване и дълго състояние на динамична безтегловност.