Невесомость интересные факты физика. Интересные факты про невесомость

На прошлых уроках мы с вами разобрали, что такое сила всемирного тяготения и ее частный случай - сила тяжести, которая действует на тела, находящиеся на Земле.

Сила тяжести - сила, действующая на любое материальное тело, находящееся вблизи поверхности Земли или другого астрономического тела. Сила тяжести играет важнейшую роль в нашей жизни, поскольку ее воздействию подвержено все, что нас окружает. Сегодня мы разберем еще одну силу, которая чаще всего связана с силой тяжести. Это сила - вес тела. Тема сегодняшнего урока: «Вес тела. Невесомость»

Под действием силы упругости, которая приложена к верхнему краю тела, это тело, в свою очередь, также деформируется, возникает другая сила упругости, обусловленная деформацией тела. Эта сила приложена к нижнему краю пружины. Кроме того, она равна по модулю силе упругости пружины и направлена вниз. Именно эту силу упругости тела мы и будем называть его весом, то есть вес тела приложен к пружине и направлен вниз.

После того как колебания тела на пружине затухнут, система придет в состояние равновесия, в котором сумма сил, действующих на тело, будет равна нулю. Это значит, что сила тяжести равна по модулю и противоположна по направлению силе упругости пружины (Рис. 2). Последняя равна по модулю и противоположна по направлению весу тела, как мы уже выяснили. Значит, сила тяжести по модулю равна весу тела. Данное соотношение не универсально, но в нашем примере - справедливо.

Рис. 2. Вес и сила тяжести ()

Приведенная формула не означает, что сила тяжести и вес - одно и то же. Эти две силы разные по своей природе. Вес - это сила упругости, приложенная к подвесу со стороны тела, а сила тяжести - это сила, приложенная к телу со стороны Земли.

Рис. 3. Вес и сила тяжести тела на подвесе и на опоре ()

Выясним некоторые особенности веса. Вес - это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, из этого следует, что если тело не подвешено или не закреплено на опоре, то его вес равен нулю. Данный вывод кажется противоречивым нашему повседневному опыту. Однако он имеет вполне справедливые физические примеры.

Если пружину с подвешенным к ней телом отпустить и позволить ей свободно падать, то указатель динамометра будет показывать нулевое значение (Рис. 4). Причина этого проста: груз и динамометр движутся с одинаковым ускорением (g) и одинаковой нулевой начальной скоростью (V 0). Нижний конец пружины движется синхронно с грузом, при этом пружина не деформируется и силы упругости в пружине не возникает. Следовательно, не возникает и встречной силы упругости, которая является весом тела, то есть тело не обладает весом, или является невесомым.

Рис. 4. Свободное падение пружины с подвешенным к ней телом ()

Состояние невесомости возникает благодаря тому, что в земных условиях сила тяжести сообщает всем телам одинаковое ускорение, так называемое ускорение свободного падения. Для нашего примера мы можем сказать, что груз и динамометр движутся с одинаковым ускорением. Если на тело действует только сила тяжести или только сила всемирного тяготения, то это тело находится в состоянии невесомости. Важно понимать, что в этом случае исчезает только вес тела, но не сила тяжести, действующая на это тело.

Состояние невесомости - не экзотика, довольно часто многие из вас его испытывали - любой человек, подпрыгивающий или спрыгивающий с какой либо высоты, до момента приземления находится в состоянии невесомости.

Рассмотрим случай, когда динамометр и прикрепленное к его пружине тело движутся вниз с некоторым ускорением, но не совершают при этом свободного падения. Показания динамометра уменьшатся по сравнению с показаниями при неподвижном грузе и пружине, значит, вес тела стал меньше, чем он был в состоянии покоя. В чем причина такого уменьшения? Дадим математическое объяснение, опираясь на второй закон Ньютона.

Рис. 5. Математическое объяснение веса тела ()

На тело действуют две силы: сила тяжести, направленная вниз, и сила упругости пружины, направленная вверх. Эти две силы сообщают телу ускорение. и уравнение движения будет иметь вид:

Выберем ось y (Рис. 5), поскольку все силы направлены вертикально, нам достаточно одной оси. В результате проецирования и переноса слагаемых получим - модуль силы упругости будет равен:

ma = mg - F упр

F упр = mg - ma,

где в левой и правой части уравнения стоят проекции сил, указанных во втором законе Ньютона, на ось y. Согласно определению, вес тела по модулю равен силе упругости пружины, и, подставив ее значение, получим:

P = F упр = mg - ma = m(g - а)

Вес тела равен произведению массы тела на разность ускорений. Из полученной формулы видно, что если модуль ускорения тела меньше модуля ускорения свободного падения, то вес тела меньше силы тяжести, то есть вес тела, движущегося ускоренно, меньше веса покоящегося тела.

Рассмотрим случай, когда тело с грузиком движется ускоренно вверх (Рис. 6).

Стрелка динамометра покажет значение веса тела большее, чем покоящегося груза.

Рис. 6. Тело с грузиком движется ускоренно вверх ()

Тело движется вверх, и его ускорение направлено туда же, следовательно, нам необходимо поменять знак проекции ускорения на ось у.

Из формулы видно, что теперь вес тела больше силы тяжести, то есть больше веса покоящегося тела.

Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой .

Это справедливо не только для тела, подвешенного на пружине, но и для тела, укрепленного на опоре.

Рассмотрим пример, в котором проявляется изменение тела при его ускоренном движении (Рис. 7).

Автомобиль движется по мосту выпуклой траектории, то есть по криволинейной траектории. Будем считать форму моста дугой окружности. Из кинематики мы знаем, что автомобиль движется с центростремительным ускорением, величина которого равна квадрату скорости, деленной на радиус кривизны моста. В момент нахождения его в наивысшей точке, это ускорение будет направлено вертикально вниз. Согласно второму закону Ньютона это ускорение сообщается автомобилю равнодействующей силой тяжести и силой реакции опоры.

Выберем координатную ось у, направленную вертикально вверх, и запишем это уравнение в проекции на выбранную ось, подставим значения и проведем преобразования:

Рис. 7. Наивысшая точка нахождения автомобиля ()

Вес автомобиля, по третьему закону Ньютона, равен по модулю силе реакции опоры (), при этом мы видим, что вес автомобиля по модулю меньше силы тяжести, то есть меньше веса неподвижного автомобиля.

Ракета при старте с Земли движется вертикально вверх с ускорением а=20 м/с 2 . Каков вес летчика-космонавта, находящегося в кабине ракеты, если его масса m=80 кг?

Совершенно очевидно, что ускорение ракеты направлено вверх и для решения мы должны использовать формулу веса тела для случая с перегрузом (Рис. 8).

Рис. 8. Иллюстрация к задаче

Необходимо отметить, что если неподвижное относительно Земли тело имеет вес 2400 Н, то его масса составляет 240 кг, то есть космонавт ощущает себя в три раза массивнее, чем есть на самом деле.

Мы разобрали понятие веса тела, выяснили основные свойства этой величины и получили формулы, которые позволяют нам рассчитать вес тела, движущегося с ускорением.

Если тело движется вертикально вниз, при этом модуль его ускорения меньше ускорения свободного падения, то вес тела уменьшается по сравнению со значением веса неподвижного тела.

Если тело движется ускоренно вертикально вверх, то его вес возрастает и при этом тело испытывает перегруз.

Список литературы

1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.

Домашнее задание

1. Дать определение весу тела.
2. В чем различие между весом тела и силой тяжести?
3. Когда возникает состояние невесомости?

1. Интернет-портал Physics.kgsu.ru ().
2. Интернет-портал Festival.1september.ru ().
3. Интернет-портал Terver.ru ().

Мы живём в то время, когда полёты космических кораблей вокруг Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы уже не вызывают удивления. Мы знаем, что во время полёта лётчики-космонавты и все предметы на космических кораблях находятся в особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Что же это за состояние и можно ли его наблюдать на Земле? Невесомость – сложное физическое явление. Для того, чтобы в нём разобраться, необходимо вспомнить кое-что из курса физики.

Итак, под весом тела мы понимаем силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору.

А представьте себе, что опора и тело свободно падают. Ведь опора – это тоже тело, на которое действует сила тяжести. Каков в этом случае будет вес тела: с какой силой тело будет действовать на опору?

Проведём опыт. Возьмём небольшое тело и подвесим его к пружине, прикреплённой к неподвижной опоре. Под действием силы тяжести тело начинает двигаться вниз, поэтому пружина растягивается до тех пор, пока в ней не возникает сила упругости, которая уравновешивает силу тяжести. Если отрезать нить, удерживающую пружину с телом, пружина с телом упадут. Можно заметить, что во время падения растяжение пружины исчезает, и она приобретает свой исходный размер.

Что же получается? Когда пружина с телом падает, она остаётся нерастянутой. То есть, падающее тело не действует на падающую вместе с ним пружину. В этом случае вес тела равен нулю, но тело и пружина падают, значит, сила тяжести по прежнему действует на них действует.

Точно также если тело и подставка или опора, на которой лежит тело, будут свободно падать, то тело перестанет давить на подставку или опору. При этом вес тела будет равен нулю.

Подобные явления наблюдаются и на космических кораблях и спутниках. Спутник, вращающийся вокруг Земли, космонавт и все тела, которые находятся внутри спутника, находятся в непрерывном свободном падении (они как бы падают на Землю). В результате этого тела, во время падения не давят на опору и не растягивают пружину. Про такие тела говорят, что они находятся в состоянии невесомости («нет веса», вес равен нулю).

Не закреплённые в космическом корабле тела свободно «парят». Жидкость, налитая в сосуд, не давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не вытекает через отверстие в сосуде. Маятники часов покоятся в любом положении, в котором их оставили. Космонавту, чтобы удержать руку или ногу в вытянутом положении, не требуется никаких усилий. У него исчезает представление о том, где верх и где низ. Если сообщить какому-нибудь телу скорость относительно кабины спутника, то оно будет двигаться прямолинейно и равномерно, пока не столкнётся с другими телами.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Мы привыкли к тому, что все предметы вокруг нас имеют вес. Происходит это потому, что сила гравитации притягивает их к Земле. Даже если мы летим в самолёте или прыгаем с парашютом, вес никуда от нас не девается. Но что же произойдёт, если вес всё же исчезнет, когда это бывает и какие интересные явления наблюдаются в условиях невесомости? Обо всём этом — в данном посте.

Закон всемирного тяготения, открытый ещё Ньютоном, гласит, что все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. Для тел с маленькой массой такое притяжение практически не заметно, но если тело имеет большую массу, такую, как наша планета Земля (а её масса в килограммах выражается 25-значным числом), то притяжение становится заметным. Поэтому все предметы притягиваются к Земле — если их поднять, они падают вниз, а когда упадут, сила тяжести прижимает их к поверхности. Это и приводит к тому, что всё на Земле имеет вес, даже воздух прижимается к Земле силой тяжести и своим весом давит на всё, что находится на её поверхности.

Когда вес может исчезнуть? Либо тогда, когда сила тяжести вообще не действует на тело, либо тогда, когда она действует, но телу ничто не мешает свободно падать. Хотя с удалением от Земли сила притяжения к ней уменьшается, даже на высоте в сотни и тысячи километров она остаётся ещё большой, поэтому избавиться от силы тяжести непросто. А вот оказаться в состоянии свободного падения вполне возможно.

Например, можно оказаться в состоянии невесомости, если оказаться в самолёте, движущемся по специальной траектории — так же, как тело, которому не мешало бы сопротивление воздуха.

Выглядит всё это так:

Конечно, долго по такой траектории самолёт двигаться не может, т. к. врежется в землю. Поэтому с длительным пребыванием в условиях невесомости сталкиваются только космонавты, живущие на орбитальной станции. И им приходится привыкать к тому, что многие привычные нам явления в условиях невесомости происходят совсем не так, как на Земле.

1) В невесомости можно легко перемещать тяжёлые предметы и перемещаться самому, приложив лишь небольшое усилие. Правда, по этой же причине любые предметы нужно специально закреплять, чтобы они не летали по орбитальной станции, а на время сна космонавты забираются в специальные мешки, прикреплённые к стене.

Для того, чтобы научиться двигаться в невесомости, нужно время, и у новичков это получается не сразу. «Они толкаются со всей силы и ударяются головой, путаются в проводах и прочее, так что это источник бесконечного веселья» — сказал на эту тему один из американских астронавтов.

2) Жидкости в невесомости принимают шарообразную форму. Воду не получится, как мы привыкли на Земле, хранить в открытой посуде, вылить из чайника и налить в чашку, даже вымыть руки не получится привычным для нас способом.

3) Пламя в условиях невесомости очень слабое и со временем затухает. Если в обычных условиях зажечь свечу, она будет гореть ярко, пока не сгорит. Но происходит это потому, что нагретый воздух становится легче и поднимается вверх, освобождая место для свежего воздуха, насыщенного кислородом. В невесомости конвекции воздуха не наблюдается и со временем кислород вокруг пламени выгорает и горение прекращается.

Горение свечи в обычных условиях и в невесомости (справа)

Но постоянный приток кислорода нужен не только для горения, но и для дыхания. Поэтому если космонавт неподвижен (например, спит), то в отсеке должен работать вентилятор, чтобы перемешивать воздух.

4) В невесомости можно получать уникальные материалы, которые трудно или вообще невозможно получить в земных условиях. Например, сверхчистые вещества, новые композиционные материалы, большие правильные кристаллы и даже лекарства. Если бы удалось снизить стоимость доставки грузов на орбиту и обратно, это решило бы многие технологические проблемы.

5) В невесомости на борту орбитальной станции были впервые обнаружены некоторые ранее неизвестные эффекты. Например, образование структур, напоминающих кристаллические, в плазме, или «эффект Джанибекова» — когда вращающийся предмет через определённые промежутки времени внезапно меняет ось вращения на 180 градусов.

Эффект Джанибекова:

6) Невесомость оказывает существенное влияние на человека и живые организмы. Хотя к жизни в невесомости можно приспособиться, сделать это не так просто. Оказавшись в состоянии невесомости впервые, человек теряет ориентацию в пространстве, возникает головокружение, т. к. вестибулярный аппарат перестаёт нормально работать. Другие изменения в организме включают перераспределение жидкости в организме, из-за чего отекает лицо и закладывает нос, из-за пропадания нагрузки на позвоночник увеличивается рост, а при длительном пребывании в невесомости атрофируются мышцы и теряют прочность кости. Чтобы уменьшить негативные изменения, космонавтам приходится регулярно выполнять специальные упражнения.

После возвращения на Землю космонавтам приходится вновь приспосабливаться к прежним условиям не только физически, но и психологически. Они могут, например, по привычке оставить стакан в воздухе, забыв, что он упадёт.

«Физика невесомости». Как работают законы физики в условиях невесомости, рассказывают космонавты на МКС:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №4

имени

ПО ФИЗИКЕ НА ТЕМУ:

НЕВЕСОМОСТЬ

Работу выполнила:

10 «Б» класса Хлусова Анастасия

Руководитель:

учитель физики

Введение

Явление невесомости всегда вызывало у меня интерес. Еще бы, каждому человеку хочется летать, а невесомость – это что–то близкое к состоянию полета. До начала исследования мне было известно лишь то, что невесомость – состояние, которое наблюдается в космосе, на космическом корабле, при котором все предметы летают, а космонавты не могут стоять на ногах, как на Земле.

Невесомость является скорее проблемой для космонавтики, чем необычным явлением. Во время полета в космическом корабле могут возникнуть проблемы со здоровьем, а после приземления космонавтов необходимо заново учить ходить, стоять. Таким образом, очень важно знать, что такое невесомость и как она влияет на самочувствие людей, путешествующих в космическом пространстве. Как следствие, необходимо решить эту проблему, создавая программы по уменьшению риска неблагоприятного влияния невесомости на организм.

Цель моей работы – дать понятие невесомости в комплексном виде (т. е. рассмотреть его с разных сторон), отметить актуальность данного понятия не только в рамках изучения космического пространства, отрицательного воздействия на человека, но и в рамках возможности использования на Земле технологии, изобретенных для уменьшения этого воздействия; проведения некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях.

Задачи этого реферата:

1) Разобраться в механизме возникновения этого явления;

2) Описать этот механизм математически и физически;

3) Рассказать интересные факты про невесомость;

4) Понять, как состояние невесомости влияет на здоровье людей, находящихся в космическом корабле, на станции и т. д., то есть посмотреть на невесомость с биологической и медицинской точек зрения;

5) Обработать материал, оформить его согласно общепринятым правилам;

6) Создать презентацию на основе обработанного материала.

Источники, которыми я пользовалась в процессе написания реферата – это учебные пособия , энциклопедии, интернет.

Глава 1. Вес тела и невесомость

1.1. Вес тела

В технике и быту широко используется понятие веса тела.

Весом тела называют суммарную силу упругости, действующую при наличии силы тяжести на все опоры, подвесы.

Вес тела P, то есть сила, с которой тело действует на опору, и сила упругости FУ, с которой опора действует на тело (рис.1), в соответствии с третьим законом Ньютона равны по модулю и противоположны по направлению: P = - Fу

Если тело находится в покое на горизонтальной поверхности или равномерно движется и на него действуют только сила тяжести FТ и сила упругости FУ со стороны опоры, то из равенства нулю векторной суммы этих сил следует равенство: FТ=- FУ.

https://pandia.ru/text/78/040/images/image005_5.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">При ускоренном движении тела и опоры вес P будет отличаться от силы тяжести FТ.

По второму закону Ньютона при движении тела массой m под действием силы тяжести FТ и силы упругости Fу с ускорением a выполняется равенство FТ + FУ = ma.

https://pandia.ru/text/78/040/images/image016_2.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">Из уравнений P = - Fу и FТ + FУ = ma получаем: P = FТ – ma = mg – ma, или P = m(g – a).

https://pandia.ru/text/78/040/images/image026_1.png" width="21" height="12">Рассмотрим случай движения лифта, когда ускорение a направлено вертикально вниз. Если координатную ось OY(рис.2) направить вертикально вниз, то векторы P, g и a оказываются параллельными оси OY, а их проекции положительными; тогда уравнение P = m(g – a) примет вид: Py = m(gУ – aУ).

Так как проекции положительны и параллельны координатной оси, их можно заменить модулями векторов: P = m(g – a).

Вес тела, у которого направление ускорения свободного и падения и ускорения совпадают, меньше веса покоящегося тела.

1.2. Вес тела, движущегося с ускорением

Говоря о весе тела в ускоренно движущемся лифте, рассматривается три случая (кроме случая покоя или равномерного движения):

1) https://pandia.ru/text/78/040/images/image029_1.png" width="21" height="12">Лифт движется с ускорением, направленным вверх (перегрузки, вес тела больше силы тяжести, P=mg+ma);

2) https://pandia.ru/text/78/040/images/image029_1.png" width="21" height="12">Лифт движется с ускорением, направленным вниз (вес уменьшается, вес тела меньше силы тяжести, P=mg-ma);

3) Лифт падает (невесомость, вес тела равен нулю, P=0).

Эти три случая не исчерпывают качественно всех ситуаций. Имеет смысл рассмотреть и 4-ый случай, чтобы анализ был завершённым. (Действительно, во втором случае подразумевается, что a < g. Третий случай есть частный для второго при a = g. Случай a > g остался нерассмотренным.) Для этого можно задать ученикам вопрос, который сначала вызывает у них удивление: “Как должен двигаться лифт, чтобы человек мог ходить по потолку?” Ученики быстро “догадываются”, что лифт должен двигаться вниз с ускорением большим g . Действительно: при увеличении ускорения движения лифта вниз, в соответствие с формулой P=mg-ma, вес тела будет уменьшаться. Когда ускорение a станет равным g, вес станет равным нулю. Если и дальше увеличивать ускорение, то можно предположить, что вес тела изменит направление.

После этого можно изобразить на рисунке вектор веса тела:

Можно решить эту задачу и в обратной формулировке: “Каков будет вес тела в лифте, движущемся вниз с ускорением a > g?” Эта задача немного труднее, т. к. ученикам нужно преодолеть инерцию мышления и поменять местами “верх” и “низ”.

Может существовать возражение, что 4-ый случай не рассматривается в учебниках потому, что он не встречается на практике. Но и падение лифта встречается тоже только в задачах, но, тем не менее, его рассматривают, т. к. это удобно и полезно.

Движение с ускорением, направленным вниз или вверх, наблюдается не только в лифте или ракете, но и при движении самолёта, совершающего фигуры высшего пилотажа, а также при движении тела по выпуклому или вогнутому мосту. Рассмотренному 4-му случаю соответствует движение по “мёртвой петле”. В верхней её точке ускорение (центростремительное) направлено вниз, сила реакции опоры - вниз, вес тела – вверх.

Представим ситуацию: космонавт вышел из корабля в космос и с помощью индивидуального ракетного двигателя совершает прогулку по окрестностям. Возвращаясь, он несколько передержал двигатель включенным, подошел к кораблю с избытком скорости и стукнулся о него коленом. Будет ли ему больно?

– Не будет: ведь в невесомости космонавт легче перышка, – такой можно услышать ответ.

Ответ неправилен. Когда вы на Земле падали с забора, вы тоже были в состоянии невесомости. Ибо при ударе о земную поверхность вы ощутили заметную перегрузку, тем бóльшую, чем тверже то место, на которое вы упали, и чем больше была ваша скорость в момент контакта с землей.

Невесомость и весомость не имеют отношения к удару. Здесь важны масса и скорость, а не вес.

И все-таки космонавту при ударе о корабль будет не так больно, как вам при ударе о землю (при прочих равных условиях: одинаковых массах, относительных скоростях и одинаковой твердости препятствий). Масса корабля намного меньше массы Земли. Поэтому при ударе о корабль заметная часть кинетической энергий космонавта будет превращена в кинетическую энергию корабля, а на долю деформаций останется меньше. Корабль приобретет дополнительную скорость, а болевое ощущение космонавта будет не таким сильным большим.

1.3. Невесомость

Если тело вместе с опорой свободно падает, то a = g, то из формулы

P = m(g – a) следует, что P = 0.

Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения только под действием силы тяжести называется невесомостью .

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 полёта по орбите, – динамической невесомостью.

Проявляются они совершенно одинаково. Ощущения человека одни и те же. Но причины разные.

Космонавты в полётах имеют дело только с динамической невесомостью.

Выражение «динамическая невесомость» означает: «невесомость, возникающая при движении».

Мы чувствуем притяжение Земли только тогда, когда сопротивляемся ему. Только когда «отказываемся» падать. А как только мы «согласились» падать, ощущение тяжести мгновенно пропадает.

Представьте себе - вы гуляете с собакой, держа её на ремешке. Собака куда-то устремилась, натянула ремешок. Вы чувствуете натяжение ремешка – «притяжение» собаки, – только пока сопротивляетесь. А если вы побежите за собакой, ремешок провиснет и ощущение притяжения исчезнет.

Также получается и с притяжением Земли.

Летит самолёт. В кабине приготовились к прыжку два парашютиста. Земля тянет их вниз. А они пока сопротивляются. Упёрлись ногами в пол самолёта. Чувствуют притяжение Земли – подошвы их ног с силой прижаты к полу. Они ощущают свой вес. «Ремешок натянут».

Но вот они согласились следовать туда, куда тянет их Земля. Стали на край люка и прыгнули вниз. «Ремешок провис». Ощущение притяжения Земли сразу же пропало. Они стали невесомы.

Можно представить продолжение этой истории.

Одновременно с парашютистами с самолёта сбросили большой пустой ящик. И вот летят рядом, с одной скоростью, кувыркаясь в воздухе, два человека, не раскрывшие парашютов, и пустой ящик.

Один человек протянул руку, схватился за летящий рядом ящик, открыл в нём дверцу и втянулся внутрь.

Теперь из двух человек один летит снаружи ящика, а другой летит внутри ящика.

У них будут абсолютно разные ощущения.

Тот, который летит снаружи, видит и чувствует, что он стремительно летит вниз. В ушах у него свистит ветер. Вдали видна приближающаяся Земля.

А тот, который летит внутри ящика, закрыл дверцу и начал, отталкиваясь от стенок, «плавать» по ящику. Ему кажется, что ящик спокойно стоит на Земле, а он, потеряв вес, плавает по воздуху, как рыба в аквариуме.

Строго говоря, разницы между обоими парашютистами нет никакой. Оба с одной и той же скоростью камнем летят к Земле. Но один сказал бы: «Я лечу», а другой: «Я плаваю на месте». Всё дело в том, что один ориентируется по Земле, а другой – по ящику, в котором летит.

Вот именно так и возникает состояние динамической невесомости в кабине космического корабля.

В первый момент может показаться непонятным вот что. Казалось бы, космический корабль летит параллельно Земле, как самолёт. А в горизонтально летящем самолёте никакой невесомости не бывает. Но мы знаем, что космический корабль-спутник непрерывно падает. Он гораздо больше похож на сброшенный с самолёта ящик, чем на самолёт.

Динамическая невесомость возникает иногда и на Земле. Невесомы, например, пловцы-ныряльщики, летящие в воду с вышки. Невесомы в течение нескольких секунд лыжники во время прыжка с трамплина. Невесомы падающие камнем вниз парашютисты, пока они не раскрыли парашюты. Для тренировок космонавтов секунд на тридцать – сорок создают невесомость в самолёте. Для этого лётчик делает «горку». Он разгоняет самолёт, круто взмывает наклонно вверх и выключает мотор. Самолёт начинает полёт по инерции, как брошенный рукой камень. Сперва немного поднимается, потом описывает дугу, заворачивая вниз. Пикирует к Земле. Всё это время самолёт находится в состоянии свободного падения. И всё это время в его кабине царит настоящая невесомость. Затем лётчик снова включает мотор и осторожно выводит самолёт из пикирования на нормальный горизонтальный полёт. При включении мотора невесомость сразу исчезает.

В состоянии невесомости на все частицы тела, находящегося в состоянии невесомости, силы тяжести действуют, но нет внешних сил, приложенных к поверхности тела (например, реакций опоры), которые могли бы вызвать взаимные давления частиц друг на друга. Подобное же явление наблюдается для тел, находящихся в искусственном спутнике Земли (или в космическом корабле); эти тела и все их частицы, получив вместе со спутником соответствующую начальную скорость, движутся под действием сил тяготения вдоль своих орбит с равными ускорениями, как свободные, не оказывая взаимных давлений друг на друга, то есть находятся в состоянии невесомости. Как и на тело в лифте, на них действует сила тяготения, но нет внешних сил, приложенных к поверхностям тел, которые могли бы вызвать взаимные давления тел или их частиц друг на друга.

Вообще тело под действием внешних сил будет в состоянии невесомости, если: а) действующие внешние силы являются только массовыми (силы тяготения); б) поле этих массовых сил локально однородно, то есть силы поля сообщают всем частицам тела в каждом его положении одинаковые по модулю и направлению ускорения; в) начальные скорости всех частиц тела по модулю и направлению одинаковы (тело движется поступательно). Таким образом, любое тело, размеры которого малы по сравнению с земным радиусом, совершающее свободное поступательное движение в поле тяготения Земли, будет, при отсутствии других внешних сил, находиться в состоянии невесомости. Аналогичным будет результат для движения в поле тяготения любых других небесных тел.

Вследствие значительного отличия условий невесомости от земных условий, в которых создаются и отлаживаются приборы и агрегаты искусственных спутников Земли, космических кораблей и их ракет – носителей, проблема невесомости занимает важное место среди других проблем космонавтики. Это наиболее существенно для систем, имеющих емкости, частично заполненные жидкостью. К ним относятся двигательные установки с ЖРД (жидкостно – реактивными двигателями), рассчитанные на многократное включение в условиях космического полета. В условиях невесомости жидкость может занимать произвольное положение в емкости, нарушая тем самым нормальное функционирование системы (например, подачу компонентов из топливных баков). Поэтому для обеспечения запуска жидкостных двигательных установок в условиях невесомости применяются: разделение жидкой и газообразной фаз в топливных баках с помощью эластичных разделителей; фиксация части жидкости у заборного устройства систем сеток (ракетная ступень «Аджена»); создание кратковременных перегрузок (искусственной «тяжести») перед включением основной двигательной установки с помощью вспомогательных ракетных двигателей и др. Использование специальных приемов необходимо и для разделения жидкой и газообразной фаз в условиях невесомости в ряде агрегатов системы жизнеобеспечения, в топливных элементах системы энергопитания (например, сбор конденсата системой пористых фитилей, отделение жидкой фазы с помощью центрифуги). Механизмы космических аппаратов (для открытия солнечных батарей, антенн, для стыковки и т. п.) рассчитываются на работу в условиях невесомости.

Невесомость может быть использована для осуществления некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях (например, получение композиционных материалов с однородной структурой во всем объеме, получение тел точной сферической формы из расплавленного материала за счет сил поверхностного натяжения и др.). Впервые эксперимент по сварке различных материалов в условиях невесомости вакуума был осуществлен при полете советского космического корабля «Союз – 6» (1969). Ряд технологических экспериментов (по сварке, исследованию течения и кристаллизации расплавленных материалов и т. п.) был проведен на американской орбитальной станции «Скайлэб» (1973).

Ученые проводят в космосе различные эксперименты, ставят опыты, но они слабо представляют себе конечный результат этих действий. Но если какой - либо эксперимент дал определенный результат, то еще долгое время приходится его проверять, чтобы в конечном итоге объяснить и применить полученные знания на практике.

Ниже приведены описания некоторых экспериментов и интересных новостей про невесомость, над которыми еще предстоит работа.

1.4. Это интересно

1.4.1. Пламя в невесомости

На Земле благодаря гравитации возникают конвекционные потоки, которые и определяют форму пламени. Они поднимают раскалённые частички сажи, которые излучают видимый свет. Благодаря этому мы видим пламя. В невесомости конвекционные потоки отсутствуют, частички сажи не поднимаются, а пламя свечи принимает сферическую форму. Так как материал свечи представляет собой смесь предельных углеводородов, они при сгорании выделяют водород , который горит голубым пламенем. Учёные стараются понять, как и почему огонь распространяется в невесомости. Изучение пламени в условиях невесомости необходимо для оценки пожароустойчивости космического корабля и при разработке специальных средств пожаротушения. Так можно обеспечить безопасность космонавтов и транспортных средств.

1.4.2. Вибрация жидкости ускоряет ее кипение в невесомости

В невесомости кипение становится гораздо более медленным процессом. Однако, как обнаружили французские физики, вибрация жидкости может привести к резкому ее вскипанию. Этот результат имеет значение для космической индустрии.

Каждый из нас не раз наблюдал фазовый переход жидкости в газ под действием высокой температуры, т. е., проще говоря, процесс кипения. Пузырьки пара, отрываясь от источника тепла, устремляются вверх, а на их место поступает новая порция жидкости. В результате кипение сопровождается активным перемешиванием жидкости, что многократно увеличивает скорость ее превращения в пар.

Ключевую роль в этом бурном процессе играет сила Архимеда, действующая на пузырек, которая, в свою очередь, существует благодаря силе тяжести. В условиях же невесомости нет веса, нет понятия «тяжелее» и «легче», и потому пузырьки нагретого пара не будут никуда всплывать. Вокруг нагревательного элемента образуется прослойка пара, которая препятствует передаче тепла всему объему жидкости. По этой причине кипение жидкостей в невесомости (но при том же давлении, а вовсе не в вакууме!) будет протекать совершенно иначе, чем на Земле. Детальное понимание этого процесса крайне важно для успешного функционирования космических аппаратов, несущих на борту тонны жидкого топлива.

Чтобы разобраться в этом процессе, очень важно понять, какие физические явления могут ускорять кипение в невесомости. В недавней статье французских физиков описываются результаты экспериментального исследования того, как высокочастотные вибрации влияют на скорость кипения.

В качестве рабочего вещества исследователи выбрали жидкий водород - самое легкое ракетное топливо. Состояние невесомости создавалось искусственно, с помощью сильного неоднородного магнитного поля, которое как раз компенсировало силу тяжести (про магнитную левитацию читайте в нашей заметке Магнитная сверхпроводимость: левитация в жидком кислороде). Температура и давление образца были подобраны так, чтобы фазовый переход происходил как можно медленнее и можно было бы заметить все его особенности.

Основной результат экспериментов французских физиков состоит в том, что в условиях невесомости вибрация ускоряет превращение жидкости в пар. Под действием вибрации внутри слегка перегретой жидкости появляется «объемная рябь»: сеть мелких, размером доли миллиметра, пузырьков пара в жидкости. Вначале эти пузырьки растут медленно, но спустя 1-2 секунды от начала воздействия весь процесс резко убыстряется: жидкость в буквальном смысле слова вскипает.

Как утверждают авторы, есть две причины такого поведения. Во-первых, пока пузырьки пара мелкие, вязкость жидкости как бы «держит» их на месте, не дает им быстро сближаться. Для крупных же пузырьков вязкость отходит на второй план, и их слияние и дальнейший рост становится интенсивнее. Вторая причина кроется в самой сути математических законов, управляющих движением жидкостей. Эти законы нелинейны, а значит, внешние вибрации не только заставляют жидкость «мелко трястись», но и порождают в ней крупномасштабные течения. Именно эти течения, разогнавшись, эффективно перемешивают рабочий объем и приводят к убыстрению процесса.

Авторы работы подчеркивают, что обнаруженное ими явление имеет не только прикладной, но и чисто научный интерес. В их экспериментах сложные гидродинамические течения, сопровождающие эволюцию сети пузырьков, идут параллельно с самим фазовым переходом. Оба этих явления поддерживают и усиливают друг друга, приводя к крайней нестабильности жидкости даже в невесомости.

Кипение воды на Земле и в условиях невесомости (изображение с сайта nasa. gov)

Итак, разобравшись в причинах возникновения невесомости и в особенностях этого явления можно переходить к вопросу о влиянии ее на организм человека.

Глава 2. Человек и невесомость

Мы привыкли к собственной тяжести. Привыкли к тому, что все окружающие нас предметы имеют вес. Иного мы и не представляем. Не только наша жизнь прошла в условиях весомости. Вся история жизни на Земле протекала в этих же условиях. Земное притяжение за миллионы лет ни разу не исчезало. Поэтому все организмы, живущие на нашей планете, уже давно приспособились к тому, чтобы выдерживать свой собственный вес.

Уже в самые давние времена в организме животных образовались кости, ставшие подпорками для их тела. Без костей животные под действием земного притяжения «расползлись» бы по земле, как мягкая медуза, вынутая из воды на берег.

Все наши мышцы приспособились за миллионы лет к тому, чтобы двигать наше тело, преодолевая притяжение Земли.

И внутри нашего тела всё приспособлено к условиям весомости. У сердца мощная мускулатура, рассчитанная на то, чтобы непрерывно перекачивать несколько килограммов крови. И если вниз, в ноги, она ещё течёт легко, то наверх, в голову, её надо подавать с силой. Все наши внутренние органы подвешены на прочных связках. Если бы их не было, внутренности «скатились» бы вниз, сбились там в кучу.

Из-за постоянной весомости у нас выработался специальный орган, вестибулярный аппарат, расположенный в глубине головы, за ухом. Он позволяет нам чувствовать, в какой стороне от нас Земля, где находится «верх» и где «низ».

Вестибулярный аппарат – это небольшие полости, заполненные жидкостью. В них лежат крохотные камушки. Когда человек стоит прямо на ногах, камушки лежат на дне полости. Если человек ляжет, камушки перекатятся и лягут на боковую стенку. Мозг человека это почувствует. И человек, даже с закрытыми глазами, сразу скажет, где низ.

Итак, в человеке всё приспособлено к условиям, в которых он живёт на поверхности планеты Земля.

А каковы же условия жизни человека в таком своеобразном состоянии, как невесомость?

Своеобразие невесомости особенно существенно учитывать при полете обитаемых космических кораблей: условия жизни человека в состоянии невесомости резко отличаются от привычных земных, что вызывает изменение ряда его жизненных функций. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализаторных систем (вестибулярного аппарата, мышечно – суставного аппарата, кровеносных сосудов) в необычные условия функционирования. Поэтому невесомость рассматривают как специфический интегральный раздражитель, действующий на организм человека и животного в течение всего орбитального полета. Ответом на этот раздражитель являются приспособительные процессы в физиологических системах; степень их проявления зависит от продолжительности невесомости и в значительно меньшей степени от индивидуальных особенностей организма.

Неблагоприятное влияние невесомости на организм человека в полете можно предупредить или ограничить с помощью различных средств и методов (мышечная тренировка, электростимуляция мышц, отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела, фармакологические и др. средства). В полете продолжительностью около 2 месяцев (второй экипаж на американской станции «Скайлэб», 1973) высокий профилактический эффект был достигнут главным образом благодаря физической тренировке космонавтов. Работа высокой интенсивности, вызывавшая учащение пульса до 150 – 170 ударов в минуту, выполнялась на велоэргометре в течение 1 часа в сутки. Восстановление функции кровообращения и дыхания наступало через 5 суток после приземления. Изменение обмена веществ, стато – кинетические и вестибулярные расстройства были выражены слабо.

Эффективным средством, вероятно, явится создание на борту космического аппарата искусственной «тяжести», которую можно получить, например, выполняя станцию в виде большого вращающегося (то есть движущегося не поступательно) колеса и располагая рабочие помещения на его «ободе». Вследствие вращения «обода» тела в нем будут прижиматься к его поверхности, которая будет играть роль «пола», а реакция «пола», приложенная к поверхностям тел, и будет создавать искусственную «тяжесть». Создание на космических кораблях искусственной «тяжести» может обеспечить предупреждение неблагоприятного влияния невесомости на организм животных и человека.

Для решения ряда теоретических и практических задач космической медицины широко применяются лабораторные методы моделирования невесомости, в том числе ограничение мышечной активности, лишение человека привычной опоры по вертикальной оси тела, снижение гидростатического давления крови, что достигается пребыванием человека в горизонтальном положении или под углом (голова ниже ног), длительным непрерывным постельным режимом или погружением человека на несколько часов или суток в жидкую (так называемую иммерсионную) среду.

Условия невесомости нарушают способность правильно оценивать размеры объектов и расстояния до них, что мешает космонавтам ориентироваться в окружающем пространстве и может приводить к авариям во время космических полетов, говорится в статье французских ученых, опубликованной в журнале Acta Astronautica. К настоящему времени накоплено множество свидетельств того, что ошибки космонавтов при определении расстояний происходят не случайно. Часто далекие объекты кажутся им расположенными ближе, чем они есть на самом деле. Ученые из французского Национального центра научных исследований провели экспериментальную проверку способности оценивать расстояния в условиях искусственно созданной невесомости при полете самолета по параболе. В этом случае невесомость длится очень короткий период - около 20 секунд. Добровольцам с помощью специальных очков показывали незавершенное изображение куба и просили дорисовать правильную геометрическую фигуру. В условиях обычной гравитации испытуемые рисовали все стороны равными, но во время невесомости им не удавалось правильно выполнить тест. По словам ученых, этот эксперимент показывает, что именно невесомость, а не длительную адаптацию к ней, следует рассматривать в качестве важного фактора, искажающего восприятие.

2.1. Исследование проблем жизнедеятельности в космосе

В книге «Орбитальная станция «Скайлэб», написанной еще в 1977 году американскими ведущими специалистами США по космонавтике профессором Э. Стулингером и доктором Л. Бэлью - научными руководителями осуществленной НАСА программы «Скайлэб» рассказывается об исследованиях проводившихся на орбитальной станции

влияния, оказываемого окружающим космическим пространством, на возможности членов экипажа. Программа медико-биологических исследований охватывала следующие четыре области: медицинские эксперименты предусматривали проведение глубоких исследований тех физиологических эффектов и периода их действия, которые наблюдались во время предшествующих полетов.

Биологические эксперименты предусматривали изучение фундаментальных биологических процессов, на которые могут влиять условия невесомости.

Биотехнические эксперименты были направлены на развитие эффективности систем человек-машина при работе в космосе и на улучшение техники использования биоаппаратуры. Вот некоторые темы исследования:

· исследование солевого баланса;

· биологические исследования жидкостей тела;

· исследование изменений костной ткани;

· создание отрицательного давления на нижнюю часть тела в полете;

· получение векторных кардиограмм;

· цитогенетические исследования крови;

· исследования иммунитета;

· исследования изменений объема крови и продолжительности жизни красных кровяных телец;

· исследования метаболизма красных кровяных телец;

· изучение специальных гематологических эффектов;

· изучение цикла сна и бодрствования в условиях космического полета;

· киносъемка космонавтов во время выполнения некоторых рабочих операций;

· измерения скорости обмена веществ;

· измерение массы тела космонавта в условиях космического полета;

· исследования влияния невесомости на живые клетки и ткани человека. (Приложение 1)

Большой научно-практический материал накоплен и российскими учеными и космонавтами.

А возможно ли оперировать людей в условиях невесомости? На первый взгляд этот вопрос кажется невероятным, но, на самом деле, в нашем мире возможно многое!

Это показало, что ученые смогли перейти от экспериментов, которые часто имели какие – либо недостатки и требовали доработки, к настоящим открытиям и смогли на практике доказать, что в невесомости возможно оперировать человека!

2.2. Операция в космосе

Французские медики во главе с профессором Домиником Мартеном из Бордо провели первую в мире хирургическую операцию в условиях невесомости. Эксперимент проводился на борту авиалайнера А-300 в специально оборудованном модуле. В его проведении участвовало трое хирургов и двое анестезиологов , которым предстояло в условиях удалить жировую опухоль на руке у пациента - добровольца – 46 - летнего Филиппа Саншо.

Как сказал профессор Мартен, задача медиков заключалась не в том, чтобы продемонстрировать технические достижения, а в том, чтобы проверить осуществимость операции в условиях невесомости. "Мы смоделировали ситуацию, соответствующую условиям космоса, и теперь знаем, что человек может быть без серьезных осложнений прооперирован в космическом пространстве", - добавил хирург. По его словам, операция по удалению опухоли заняла в общей сложности менее 10 минут. Режим трехчасового полета на борту А-300 был составлен таким образом, что за это время 32 раза создавалось состояние невесомости, при этом каждая ее фаза длилась около 20 секунд. "Если бы мы непрерывно находились в состоянии невесомости на протяжении двух часов, то смогли бы прооперировать аппендицит ", - сказал профессор Мартен.

Следующим этапом эксперимента, который планируется осуществить примерно через год, станет хирургическая операция, которую должен будет провести медицинский робот, управляемый по командам с наземной базы.

2.3. Применение космических разработок на Земле

Мы все меньше двигаемся и все больше походим на космонавтов, плавающих в невесомости. Во всяком случае, все минусы снижения двигательной активности, от которых страдают космонавты, мы испытываем на себе по полной программе. Для тех, кто работает на орбите, ученые придумали массу способов им противостоять. Как недавно выяснилось, на Земле некоторые из этих изобретений ставят на ноги даже тех, кто вообще никогда не ходил. «В космосе и на Земле факторы воздействия похожи, поэтому методы противодействия эффектам, развивающимся в невесомости, оказались применимы в обычной жизни, - рассказывает заведующая отделом сенсомоторной физиологии и профилактики Института медико-биологических проблем Инесса Бенедиктовна КОЗЛОВСКАЯ. - Снижение двигательной активности (гипокинезия) становится ведущим фактором жизни нашего общества: мы перестаем двигаться. Один американский исследователь провел мониторинг суточной мышечной активности у людей разных профессий и у животных. Оказалось, что наша активность по сравнению с активностью любого живого существа (крыс, кошек, собак, обезьян) меньше на два порядка.

Мы стоим на пороге гипокинетической болезни, болезни глубокой детренированности, самое яркое выражение которой мы увидели у космонавтов в 1970 году. Вернувшись из 17-суточного полета, они реально не могли ни встать, ни двигаться, им было трудно даже дышать, потому что дыхательные мышцы детренировались тоже.

«Мы смоделировали эффект невесомости на Земле с помощью сухой иммерсии, - рассказывает старший научный сотрудник, заведующая отделением «Клиническая физиология» ГНЦ РФ ИМБП РАН Ирина Валерьевна САЕНКО. - Для этого в бассейн с водой кладут тонкую водонепроницаемую пленку размером, существенно большим поверхности воды, и человек погружается в воду, будучи от нее отделен. При этом он лишается опоры, и мы видим, как безотлагательно начинают развиваться двигательные нарушения: страдает поза, координация моторных актов. Он неустойчиво стоит, плохо и неловко ходит, с трудом выполняет точные операции. Для предупреждения этих нарушений было предложено стимулировать опорные зоны стоп, подавая нагрузку, примерно равную той, что на Земле возникает при стоянии и ходьбе.

Кроме этого используются и другие эффективные способы лечения людей в земных условиях, например, в земную медицину костюм «Пингвин» начали внедрять в 1992 году (в космосе он используется уже больше 20 лет), высокочастотную и высокоинтенсивную электростимуляцию для лечения детей, больных ДЦП и людей, которые из-за болезни долго лежат.

Итак, подошла к концу вторая и последняя глава реферата. После изложения всего материала хотелось бы перейти к заключению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, в заключение моей работы хотелось еще раз напомнить основные положения реферата, которые раскрывают суть темы:

1) Невесомость возникает тогда, когда тело свободно падает вместе с опорой, т. е. ускорение тела и опоры равно ускорению свободного падения;

2) Невесомость бывает двух видов: статическая и динамическая;

3) Невесомость может быть использована для осуществления некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях;

4) Изучение пламени в условиях невесомости необходимо для оценки пожароустойчивости космического корабля и при разработке специальных средств пожаротушения;

5) Детальное понимание процесса кипения жидкости в космосе крайне важно для успешного функционирования космических аппаратов, несущих на борту тонны жидкого топлива;

6) Влияние невесомости на организм является отрицательным, так как вызывает изменение ряда его жизненных функций. Это можно исправить путем создания на космическом корабле искусственной тяжести, ограничения мышечной активности космонавтов и т. д.

7) Человек может быть прооперирован в космическом пространстве, в условиях невесомости. Это доказали Французские медики во главе с профессором Домиником Мартеном из Бордо.

Таким образом, про невесомость можно найти много разной информации, но я думаю, что в моей работе материал изложен довольно подробно, так как рассмотрен с двух разных точек зрения: физической и медицинской. Также в реферате приведены описания некоторых экспериментов, которые ученые проводили в условиях невесомости. Это, на мой взгляд, дает наглядное представление о невесомости, о механизме ее возникновения, особенностях этого явления, о действии на организм. Две точки зрения на явление невесомости – физическая и медицинская - являются взаимодополняющими, так как медицина невозможна без физики!

Литература

1) Большая Советская Энциклопедия (в 30 томах). Гл. ред. . Изд.3. М., «Советская Энциклопедия», 1974.

2) Кабардин: Справочные материалы: Учебное пособие для уч-ся.-3 изд.- М.: Просвещение, 1991. – 367с.

3) , На орбите – космический корабль.- М.: Педагогика, 1980

4) Маковецкий в корень! Сборник любопытных задач и вопросов. – М.: Наука, 1979

5) Чандаева и человек. –М.: АО «Аспект Пресс», 1994

6) БэльюЛ., Стулингер Э. Орбитальная станция«Скайлэб». США, 1973. (Сокр. пер. с англ.). Под ред. д-ра физ.-мат. наук. М., «Машиностроение», 1977 - Режим доступа: http://epizodsspace. *****/bibl/skylab/obl. html

7) Дюбанкова О. Космическая медицина не долетает до Земли Сайт издательского дома «Аргументы и факты» - Режим доступа: http://gazeta. *****/online/health/511/03_01

8) Иванов И. Вибрация жидкости ускоряет ее кипение в невесомости. Сайт: Элементы. Новости науки. Режим доступа - http://*****/news/164820?page

9) Клушанцев П. Дом на орбите: Рассказы об орбитальных станциях. - Л.: Дет. лит.,1975. - С.25-28. Пер. в эл. вид. Ю. Зубакин, 2007- Режим доступа: (http://www. *****, http://epizodsspace. *****/bibl/Klusantsev/dom-na-orb75/Klushantsev_04. htm )

10) Людей можно оперировать в космосе. Французские медики сделали первую хирургическую операцию в условиях невесомости. Сайт Российской газеты. РИА Новости. – Режим доступа: http://www. *****/2006/09/28/nevesomost-anons. html

11) Пламя в невесомости. Библиотека Мошкова. – Режим доступа: http://*****/tp/nr/pn. htm

12) Ученые определили чем опасна невесомость. Газета-24. – Режим доступа: РИА Новости http://24.ua/news/show/id/66415.htm

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

https://pandia.ru/text/78/040/images/image038_0.jpg" width="265" height="188 src=">

Рис. 2. Прибор для определения массы образцов в условиях невесомости:
1 - эластичное покрытие

https://pandia.ru/text/78/040/images/image040.jpg" width="426" height="327 src=">

Рис. 4. Работа с аппаратом LBNP на борту станции "Скайлэб" (рисунок)

https://pandia.ru/text/78/040/images/image042.jpg" width="185" height="201">

Рис. 6. Измерение массы тела

https://pandia.ru/text/78/040/images/image044.jpg" width="242" height="455 src=">

Рис. 8. Изучение сна и реакций во время сна космонавтов

Рис. 9. Изучение метаболических характеристик космонавта при экспериментах на велоэргометре:
1 - велоэргометр; 2 - метаболический анализатор: 3 - мундштук; 4 - шланг; 5 - зонд для измерения температуры; 6 – электроды

Более подробно о том, что это такое и где его можно ощутить, и пойдёт речь в этой статье.

Статическая

Существуют два типа невесомости. Это статическая — наблюдается при удалении от объекта с большой массой. Например, тело, улетевшее на значительное расстояние от планеты. Следует при этом понимать, что его вес полностью не исчезает.

Дело в том, что гравитация от массивных объектов, таких как планеты и звезды, хоть и уменьшается с расстоянием, но полностью не исчезает. Действие её распространяется бесконечно далеко во все уголки Вселенной, обратно пропорционально квадрату расстояния. Это следует из определения невесомости.

Таким образом, выйти из зоны действия гравитационного поля невозможно.

Динамическая

Другой тип невесомости — это динамическая. Ее постоянно испытывают космонавты и лётчики. Нивелировать действие гравитационного поля массивного объекта можно путем свободного падения на него. Для этого необходимо, чтобы объект набрал определённую скорость и стал спутником.

Набрав необходимую скорость, спутник начинает переходить в состояние постоянного свободного падения. Предметы внутри него будут находиться в состоянии невесомости. Такая скорость называется первой космической.

Для планеты Земля, например, скорость составляет порядка 8 километров в секунду. Для Солнца — уже 640. Все зависит от массы объекта и его плотности. В таких где плотность достигает сотни миллионов тонн на кубический сантиметр — космическая скорость приближается к скорости света.

Невесомость на Земле

Оказывается, испытать состояние невесомости можно, не покидая пределы планеты. Правда, на очень короткий период. Например, пассажир автомобиля, едущего по выгнутому мосту, испытает невесомость на некоторое время в верхней части выпуклости моста.

Пассажиры, едущие в общественном транспорте по ухабистой дороге, постоянно испытывают действие невесомости каждый раз, как автобус наезжает на яму или кочку. На короткий промежуток времени они находятся в состоянии свободного падения.

Развлечение

В последнее время в сфере индустрии развлечений появились специальные полигоны, где все желающие могут испытать невесомость.

Пройдя медицинскую комиссию и заплатив определённую сумму денег, можно попасть на борт самолёта, который летит по волнообразной траектории, и во время пике люди на протяжении полминуты могут испытать необычное чувство невесомости.

Пилот самолёта через селекторную связь сообщает о начале действия невесомости. Это необходимо в целях безопасности. Дело в том, что после свободного падения самолёт стремительно набирает высоту. При этом люди, находящиеся на борту, испытывают диаметрально противоположный эффект — перегрузку.

Порой эта величина достигает трёхкратного значения ускорения свободного падения. Иными словами, вес тела в невесомости будет в три раза больше естественного. При падении с высоты нескольких метров с такой массой тела можно очень легко получить травму.

Для этих целей на борту самолёта в отделении для невесомости сидят специально обученные инструкторы. В их задачу входит вовремя опускать на пол самолёта тех людей, которые не успели уложиться в данный временной интервал.

Серия взлётов и падений происходит с периодичностью до двадцати раз за один полет самолёта.

В России, например, для желающих ощутить невесомость есть специальная центрифуга, которая находится в центре подготовки космонавтов и пилотов. Опять же, после медкомиссии и денежного взноса в размере порядка 55 тыс. рублей человек может ощутить на себе действие невесомости.

Влияние на организм человека

По определению, невесомость абсолютно безвредна для организма человека. Сложности начинаются, когда она длится несколько суток, недель или месяцев.

В большинстве случаев это касается только обитателей космических станций. Космонавты, долгое время находящиеся на борту аппаратов, начинают испытывать существенный дискомфорт. В первую очередь это связано с вестибулярным механизмом.

На Земле, в привычных условиях, отолиты вестибулярного аппарата давят на нервные окончания, таким образом подсказывая нашему мозгу, где верх и низ, ориентируя тело человека в пространстве.

Вес и невесомость

Совсем другое дело, когда тело ничего не весит. Все процессы в нем протекают иначе. Из-за отсутствия давления отолитов наступает нарушение ориентации в пространстве. Понятие «верх» и «низ» в космосе полностью исчезает. Вредит организму человека также отсутствие физической нагрузки. В таком состоянии мышечная ткань атрофируется, если не предпринимать никаких мер. С её деградацией страдает и костная ткань. При отсутствии нагрузки в кости тела поступает меньше фосфора.

Возникают сложности с питанием и глотанием жидкостей. Все жидкости при этом стремятся принять сферическую форму, что очень затрудняет повседневные вещи. Даже обычный насморк в условиях невесомости может оказаться очень тяжёлым испытанием для организма из-за того, что мокроты не выводятся под действием силы тяжести, а образуют сферические капли.

Для поддержания необходимого тонуса космонавты постоянно тренируются по несколько часов в день. При отходе ко сну привязывают себя специальными ремешками, чтобы не получить травму во время сна.

Для питания космонавтов разработана специальная пища в тюбиках и хлеб, который не крошится.

Прежде, чем длительное время испытывать невесомость, человек должен ощутить её действие на земле, чтобы выяснить, как в дальнейшем будет на него воздействовать отсутствие силы тяжести.