Невесомость что это в физике
Что такое невесомость
Явление невесомости
Физика дает определение весу как силе, с которой любое тело действует на поверхность, опору либо подвес. Возникает вес вследствие гравитационного притяжения Земли. Численно вес равен силе тяжести, но последняя приложена к центру масс тела, вес же приложен к опоре.
Невесомость — нулевой вес, может возникать, если отсутствует сила тяготения, то есть тело достаточно удалено от массивных объектов, которые могут притягивать его.
Международная Космическая Станция находится на расстоянии 350 км от Земли. На таком удалении ускорение свободного падения (g) составляет 8,8 м/с2, что всего на 10% меньше, чем на поверхности планеты.
На практике такое редко встретишь — гравитационное воздействие существует всегда. На космонавтов, находящихся на МКС, по-прежнему действует Земля, однако невесомость там присутствует.
Другой случай невесомости возникает, если сила тяжести компенсирована другими силами. Например, МКС подвержена силе тяжести, незначительно уменьшенной за счет расстояния, но также станция движется по круговой орбите с первой космической скоростью и центробежная сила компенсирует тяготение.
Невесомость на Земле
Явление невесомости возможно и на Земле. Под воздействием ускорения вес тела может уменьшаться, и даже становится отрицательным. Классический пример, который приводят физики — падающий лифт.
Если лифт движется вниз с ускорением, то давление на пол лифта, а, следовательно, и вес, будет уменьшатся. Причем если ускорение равно ускорению свободного падения, то есть лифт падает, вес тел станет нулевым.
Отрицательный вес наблюдается, если ускорение движения лифта превысит ускорение свободного падения — тела находящиеся внутри «прилипнут» к потолку кабины.
Этот эффект широко применяется для симуляции невесомости при подготовке космонавтов. Самолет, оборудованный камерой для тренировок, поднимается на значительную высоту. После чего пикирует вниз по баллистической траектории, по сути, свободно падает, у поверхности земли машина выравнивается. При пикировании с 11 тысяч метров можно получить 40 секунд невесомости, которыми и пользуются для тренировок.
Существует заблуждение, что подобные самолеты выполняют сложные фигуры, наподобие «петли Нестерова», для получения невесомости. На самом деле для тренировок используются доработанные серийные пассажирские самолеты, которые неспособны на сложные маневры.
Физическое выражение
Физическая формула веса (P) при ускоренном движении опоры, будь то падающий лиф или пикирующий самолет, имеет следующий вид:
где m – масса тела,
g – ускорение свободного падения,
a – ускорение опоры.
При равенстве g и a, P=0, то есть достигается невесомость.
Определение состояния невесомости — физические особенности
Невесомость — что это простыми словами
Для того чтобы понять, что такое невесомость, нужно сначала познакомиться с понятием веса.
Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Очень часто понятие вес путают с массой. Вес обозначается P — давление, оказываемое телом на подвес или опору. F — сила упругости, оказываемая подвесом на предмет. Они равны по модулю, но противоположны по направлению.
Невесомость возникает в том случае, если тело не давит на опору или подвес. Еще Готфрид Лейбниц отметил изменение веса шарика в свободном падении в жидкости. В 1892 — 1893 г.г. профессором МГУ Любимовым Н. А. было поставлено несколько опытов, доказывающих возникновение невесомости в состоянии свободного падения. В своих экспериментах Любимов использовал маятник. Маятник, выведенный из положения равновесия при свободном падении, не качался.
Определение состояния невесомости, физические особенности
Простыми словами, состояние невесомости — отсутствие давления на предмет и его части, т.е. гравитационные силы в этом случае уравновешиваются.
Есть два вида невесомости.
Потеря веса, которая возникает на большом расстоянии от небесных тел из-за ослабления притяжения, называется статической невесомостью. А состояние, в котором находится человек во время полета по орбите, — динамической невесомостью.
Проявляются они совершенно одинаково. Ощущения человека одни и те же. Но причины разные. Космонавты в полетах имеют дело только с динамической невесомостью. Выражение «динамическая невесомость» означает: «невесомость, возникающая при движении».
Физическая формула веса (P) при ускоренном движении опоры имеет следующий вид:
Динамическая невесомость возникает и на Земле. Невесомы пловцы-ныряльщики, летящие в воду с вышки. Лыжники во время прыжка с трамплина невесомы в течение нескольких секунд. Невесомы падающие камнем вниз парашютисты, пока они не раскрыли парашюты. При тренировках космонавтов на тридцать – сорок секунд создают невесомость в самолете.
Как проявляется, влияние на человека
Мы не замечаем собственного веса и привыкли к тому, что все предметы имеют вес. За миллионы лет развития все живущие на Земле организмы приспособились к тому, чтобы выдержать свой вес, люди не исключение. Для жизни в условиях земного притяжения у нас есть кости, связки и мышцы.
В человеческом организме есть специальный орган — вестибулярный аппарат. Он расположен в глубине головы, за ухом. Вестибулярный аппарат помогает нам ориентироваться в пространстве, с помощью него мы чувствуем, где «низ» и где «верх».
Естественно, что состояние невесомости существенно отличается от привычного нам. Организм человека в такой среде реагирует на невесомость как на раздражитель. Центральная нервная система страдает в первую очередь. Отсутствие привычной тяжести для человеческого тела — большой стресс.
Космонавты чаще всего встречаются с состоянием невесомости. Они проходят многолетние тренировки, чтобы сократить последствия и приспособить организм к такому состоянию. В первые минуты пребывания в состоянии невесомости человек может почувствовать тошноту, головную боль, дезориентацию (вестибулярный аппарат в этом случае не может подсказать нам, где «верх», а где «низ»).
В невесомости человеческий рост может увеличиться на 2 – 5 см из-за низкой гравитации. Это может вызвать мышечные и суставные боли. Но после возращения в привычные условия, рост вернется.
Сильный дискомфорт причиняет изменение давления жидкости в организме. Кровь приливает к голове и груди. Стоять и ходить в состоянии невесомости не получится, поэтому мышцы спины и ног начинают терять силу и уменьшаться в размерах. Невесомость действует и на кости человека. Каждый месяц, проведенный в состоянии невесомости, кости истончаются на 1%.
После возвращения на Землю космонавты должны снова привыкать к земным условиям. Даже за несколько дней в космосе, человеческое тело отвыкает от собственного веса. Многие космонавты не способны устойчиво держаться на ногах и ходить после пребывания в невесомости. Чтобы последствия не были тяжелыми, космонавты, помимо обычных силовых тренировок, проводят электростимуляцию мышц. Не исключается применение и фармакологических средств.
Можно ли создать условия невесомости на Земле
Чтобы привыкнуть к ощущению невесомости в космосе, космонавты тренируется в специальных самолетах-лабораториях:
Он взлетает и начинает просто падать, чтобы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения. В этот момент, в формуле веса из g вычитается равное ему значение ускорения a и получается 0:
Эффект невесомости можно ощутить на аттракционах вроде «американских горок». На секунды, при резком спуске, можно почувствовать состояние невесомости.
Таким образом можно побывать в состоянии невесомости на Земле.
Невесомость
Невесо́мость — состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует. Иногда можно слышать другое название этого эффекта — микрогравитация. Это название неверно для околоземного полета. Гравитация (сила притяжения) остаётся прежней. Но при полете на больших расстояниях от небесных тел, когда их гравитационное влияние пренебрежимо мало, действительно возникает микрогравитация.
Содержание
Особенности деятельности человека и работы техники в условиях невесомости
В условиях невесомости на борту космического аппарата многие физические процессы (конвекция, горение и т.д.) протекают иначе, чем на Земле. Отсутствие силы тяжести, в частности, требует специальной конструкции таких систем как душ, туалет, системы разогрева пищи, вентиляции и т.д. Во избежание образования застойных зон, где может скапливаться углекислый газ, и для обеспечения равномерного смешивания теплого и холодного воздуха, на МКС, например, установлено большое количество вентиляторов. Прием пищи и питьё, личная гигиена, работа с оборудованием и в целом обычные бытовые действия также имеют свои особенности и требуют от космонавта выработки привычки и нужных навыков.
Воздействие невесомости на организм человека
При переходе из условий земной гравитации к условиям невесомости (в первую очередь- при выходе космического корабля на орбиту), у большинства космонавтов наблюдается реакция организма, называемая синдромом космической адаптации.
При длительном (несколько недель и более) пребывании человека в космосе отсутствие гравитации начинает вызывать в организме определённые изменения, носящие негативный характер. [1]
Первое и самое очевидное последствие невесомости — стремительное атрофирование мышц: мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате падают все физические характеристики организма. [1] Кроме того, следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода, и из-за возникающего избытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего его (гемоглобин). [1]
Также есть основания полагать, что ограничение подвижности нарушит фосфорный обмен в костях, что приведёт к снижению их прочности. [1]
Вес и гравитация
Довольно часто исчезновение веса путают с исчезновением гравитационного притяжения. Это не так. В качестве примера можно привести ситуацию на Международной космической станции (МКС). На высоте 350 километров (высота нахождения станции) ускорение свободного падения имеет значение 8,8 м/с², что всего лишь на 10 % меньше, чем на поверхности Земли. Состояние невесомости на МКС возникает не из-за «отсутствия гравитации», а за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, то есть космонавты как-бы постоянно «падают вперед» со скоростью 7,9 км/с.
Невесомость на Земле
На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по параболической (а на самом деле — баллистической, то есть такой, по которой летел бы самолет под воздействием одной лишь силы земного притяжения; эта траектория является параболой лишь при небольших скоростях движения; для спутника это эллипс, окружность или гипербола) траектории. Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.
НЕВЕСОМОСТЬ
— состояние, в к-ром находится материальное тело, свободно движущееся в поле тяготения Земли (или любого др. небесного тела) под действием только сил тяготения. Отличит. особенность состояния H. в том, что при H. действующие на частицы тела внеш. силы (силы тяготения) не вызывают взаимных давлений частиц тела друг на друга.
Сила тяготения является силой массовой и, в отличие от поверхностных сил, действует непосредственно на каждую из частиц тела. Поэтому, когда на тело действуют только силы тяготения, они непосредственно сообщают каждой из частиц тела одно и то же ускорение и эти частицы движутся как свободные, не оказывая взаимных давлений друг на друга; тело находится в состоянии H.
Вообще состояние H. имеет место, когда: а) действующие на тело внеш. силы являются только массовыми (силы тяготения); б) поле этих массовых сил локально однородно, т. е. силы поля сообщают всем частицам тела в каждом его положении одинаковые по модулю и направлению ускорения, что при движении в поле тяготения Земли практически имеет место, если размеры тела малы по сравнению с радиусом Земли; в) нач. скорости всех частиц тела по модулю и направлению одинаковы (тело движется поступательно).
Напр., космич. летат. аппарат (или ИСЗ) и все находящиеся в нём тела, получив соответствующую нач. скорость, движутся под действием сил тяготения вдоль своих орбит практически с одинаковыми ускорениями, как свободные, и ни сами тела, ни их частицы взаимных давлений друг на друга не оказывают, т. е. находятся в состоянии H. При этом по отношению к кабине летат. аппарата находящееся в нём тело может в любом месте оставаться в покое (свободно «висеть» в пространстве). Хотя силы тяготения при Н. действуют на все частицы тела, но пет внеш. поверхностных сил, к-рые могли бы вызывать взаимные давления частиц друг на друга. Отметим, что внутр. усилия другой природы, вызванные не внеш. воздействиями, напр. молекулярные силы, температурные напряжения, мускульные усилия в теле человека, могут иметь место и в состоянии H.
H. может существенно влиять на ряд физ. явлений. Напр., у жидкости, налитой в сосуд, силы межмолекулярного взаимодействия, малые в «земных» условиях по сравнению с силами давления, обусловленными весомостью, влияют только на форму мениска. При H. действие этих сил приводит к тому, что смачивающая жидкость, помещённая в закрытый сосуд, равномерно распределяется по стенкам сосуда, а воздух, если он есть, занимает среднюю часть сосуда, несмачивающая же жидкость принимает в сосуде форму шара. Капли вылившейся из сосуда жидкости тоже стягиваются в шарики.
Вследствие значит. отличия условий H. от «земных» условий, в к-рых создаются и отлаживаются приборы и агрегаты ИСЗ, космич. летат. аппаратов и их ракет-носителей, проблема H. занимает важное место среди др. проблем космонавтики. Так, в условиях H. непригодны приборы и устройства, в к-рых используются физ. маятники или свободная подача жидкости и т. п. Учёт H. становится особенно существенным для систем, имеющих ёмкости, частично заполненные жидкостью, что, напр., имеет место в двигат. установках с жид-костно-реактивными двигателями, рассчитанных на многократное включение при космич. полёте. Возникает и ряд др. техн. проблем.
Особенно важно учитывать своеобразие условий H. при полёте обитаемых космич. кораблей, т. к. условия жизни человека при H. существенно отличаются от привычных, «земных» условий, что вызывает изменения ряда его жизненных функций. Однако предварит. тренировка и профилактические меры позволяют человеку долгое время пребывать и успешно работать в условиях H.
Предполагается также, что при очень длит. полётах на орбитальных (околоземных) или межпланетных станциях можно создавать искусств. «тяжесть», располагая, напр., рабочие помещения в кабинах, вращающихся вокруг центр. части станции. Тела в этих кабинах будут прижиматься к боковой поверхности кабины, к-рая будет играть роль «пола», а реакция этого «пола», приложенная к телам, и создаст искусств. «тяжесть».
Доклад про Невесомость (сообщение по физике)
Вес рассчитывается по той же формуле, что и сила тяжести (F=P=mg), однако это не одно и то же. Например, пеноблок массой 10 кг свободно падает. При этом сила тяжести, действующая на него, = 100 Н, а его вес = 0 Н. Такое состояние тела называется невесомостью.
Невесомость – состояние тела, при котором его вес меньше, чем сила тяжести, с которой оно притягивается к Земле.
Термин невесомости часто употребляется в контексте космоса. Это связано с тем, что космические корабли тоже падают на Землю, но пролетают мимо, так как Земля движется с большой скоростью. Чтобы объект не упал на Землю, ему нужно набрать определённую скорость. Эту скорость называют первой космической, и она примерно равна 8000 метров/секунду. Когда тело достигает её, оно никогда не упадёт на Землю, и становится искусственным спутником Земли. Таким образом, если разогнать любое тело до скорости 8 км/с, то оно становится спутником Земли.
Скорость, при которой объект становится искусственным спутником Солнца, называется второй космической скоростью, и примерно равна 11 200 метров в секунду. Когда тело разгоняется до такой скорости, оно попадает в магнитное поле Солнца и звезда становится центром орбиты спутника. Если скорость тела превысит 16 700 метров в секунду, то оно покинет Солнечную Систему. Эта скорость называется третьей космической.
Но состояние невесомости встречается не только в космосе, но и в повседневной жизни. Например, когда вы опускаетесь в лифте, ваш вес становится меньше силы тяжести, с которой вы притягиваетесь к Земле, то есть вы находитесь в состоянии невесомости. Это состояние описывается формулой:
P=m(g—a)
Ускорение свободного падения и направление движения совпадают, значит мы наблюдаем состояние невесомости:
P=m(g-a). Подставив значения, получаем:
P=60 (кг) *(10-2)(м/с 2 )= 480 Н.
Доклад 2
Невесомость – это физическое состояние, при котором отсутствует какое-либо давление на тело, а из сил остаётся только сила тяжести.
Одна из характерных черт состояния невесомости – отсутствие веса тела. Она также происходит от отсутствия давления. В быту весом принято называть массу тела, и из-за ошибок в использовании терминов некоторые считают что тело в невесомости ничего не весит, не имеет массы. Это не так. Масса – это скалярная величина, которая меняется только при изменении физической конфигурации тела. В то время как вес – это сила, характеризующая то, как тело давит на опору под действием силы тяжести. А так как в невесомости нет давления, то нет и веса и ответной пропорциональной реакции опоры (или подвеса), которые совместно образуют на Земле то, что человек ощущает как “весомость”.
Один из способов достижения невесомости – скомпенсировать силу гравитации другой силой. Часто такой силой является сила инерции, возникающая при ускоренном движении тела. Рассмотрим несколько случаев, в которых возникает невесомость.
Первый такой случай – падающая (или просто движущаяся с определенным ускорением) кабина лифта. В стоящей на месте кабине пассажир давит на опору – пол – с силой, равной его весу. Сила ответной реакция пола примерно равна ей. Но когда кабина начинает двигаться с ускорением по направлению, параллельному вектору приложения силы тяжести (то есть вниз), возникает сила инерции, создающая в пространстве внутри кабины эффект невесомости, распространяющийся и на пассажира. Впрочем, говорить о невесомости как о самостоятельном явлении несколько неправильно: она может существовать только при наличии человека или любого другого объекта, у которого есть вес и который может оказывать воздействие на опору или подвес. Нечто похожее происходит и в кабине самолета, резко меняющего направление, однако в обоих случаях невесомость может возникнуть лишь на несколько секунд.
Самый очевидный пример невесомости – космос, к примеру пространство внутри космической станции. Здесь ее также обеспечивает сила инерции, однако причина ее возникновения не так очевидна. Станция совершает постоянное движение по орбите Земли с развитым при выходе на нее ускорением, как бы совершая постоянное “падение”, в результате чего появляется невесомость – неспособность тел оказывать давление на опору.
Картинка к сообщению Невесомость
Популярные сегодня темы
Ромашка – это многолетнее цветковое растение, которое известно каждому человеку с детства. Самый распространенный вид этого цветка называют ромашкой аптечной.
Интересными насекомыми являются тараканы. Отряд членистоногих паразитов, которые очень распространены в мире.
Современную жизнь людей в настоящее время невозможно представить без использования электроэнергии. Электроэнергия нужна везде – в наших квартирах горит свет, работают электрические бытовые пр
Наполеон Бонапарт это полководец и государственный деятель, заложивший крепкие основы нынешнего французского государства.