Jopa henkilö, joka ei ole kiinnostunut avaruudesta, on koskaan nähnyt elokuvaa avaruusmatkailusta tai lukenut sellaisista asioista kirjoista. Lähes kaikissa tällaisissa töissä ihmiset kävelevät laivan ympäri, nukkuvat normaalisti, eivätkä he koe ongelmia syömisen kanssa. Tämä tarkoittaa, että näissä - kuvitteellisissa - laivoissa on keinotekoinen painovoima. Useimmat katsojat pitävät tätä täysin luonnollisena asiana, mutta se ei ole ollenkaan.
Keinotekoinen painovoima
Tämä on meille eri menetelmiä soveltaen tutun painovoiman muutoksen nimi (mihin tahansa suuntaan). Ja tämä ei tapahdu vain fantastisissa teoksissa, vaan myös hyvin todellisissa maallisissa tilanteissa, useimmiten kokeilujen vuoksi.
Teoriassa keinotekoisen painovoiman luominen ei näytä niin vaike alta. Esimerkiksi se voidaan luoda uudelleen hitausvoiman, tarkemmin sanoen keskipakovoiman avulla. Tämän voiman tarvetta ei ilmennyt eilen - se tapahtui heti, kun henkilö alkoi haaveilla pitkäaikaisista avaruuslennoista. Luominenkeinotekoinen painovoima avaruudessa mahdollistaa monien ongelmien välttämisen, joita syntyy pitkäaikaisen painottomuuden aikana. Astronautien lihakset heikkenevät, luut heikkenevät. Matkustelet tällaisissa olosuhteissa kuukausia, voit saada jotkin lihakset surkastumaan.
Niinpä keinotekoisen painovoiman luominen on nykyään äärimmäisen tärkeä tehtävä, ja avaruuden tutkiminen ilman tätä taitoa on yksinkertaisesti mahdotonta.
Materiaalit
Jopa ne, jotka tuntevat fysiikkaa vain koulun opetussuunnitelman tasolla, ymmärtävät, että painovoima on yksi maailmamme peruslakeista: kaikki kehot ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, kokevat molemminpuolista vetovoimaa / hylkimistä. Mitä suurempi keho, sitä suurempi sen vetovoima.
Maa on todellisuutemme kann alta erittäin massiivinen esine. Tästä syystä poikkeuksetta kaikki hänen ympärillään olevat kehot vetoavat siihen.
Meille tämä tarkoittaa vapaan pudotuksen kiihtyvyyttä, joka yleensä mitataan grammoina, mikä vastaa 9,8 metriä neliösekunnissa. Tämä tarkoittaa, että jos meillä ei olisi tukea jalkojemme alla, putoaisimme nopeudella, joka kasvaa 9,8 metriä sekunnissa.
Täten vain painovoiman ansiosta pystymme seisomaan, kaatumaan, syömään ja juomaan normaalisti, ymmärtämään missä on ylhäällä, missä alas. Jos painovoima katoaa, olemme painovoiman nollassa.
Astronautit, jotka joutuvat avaruuteen kohoavassa tilassa - vapaa pudotus, ovat erityisen tuttuja tämän ilmiöstä.
Teoreettisesti tiedemiehet osaavat luoda keinotekoista painovoimaa. Olla olemassauseita tekniikoita.
Suuri Messu
Loogisin vaihtoehto on tehdä avaruusaluksesta niin suuri, että siinä on keinotekoinen painovoima. Aluksella on mahdollista tuntea olonsa mukavaksi, sillä avaruudessa suuntautuminen ei katoa.
Valitettavasti tämä menetelmä nykyaikaisen tekniikan kehityksen kanssa on epärealistinen. Tällaisen kohteen rakentaminen vaatii liian paljon resursseja. Lisäksi sen nostamiseen tarvitaan uskomattoman paljon energiaa.
Nopeuta
Näyttää siltä, että jos haluat saavuttaa g:n, joka on yhtä suuri kuin maan, sinun tarvitsee vain antaa alukselle tasainen (laiturin) muoto ja saada se liikkumaan kohtisuorassa tasoon nähden halutulla kiihtyvyydellä. Tällä tavalla saadaan keinotekoinen painovoima ja ihanteellinen.
Todellisuus on kuitenkin paljon monimutkaisempi.
Ensinnäkin kannattaa pohtia polttoaineongelmaa. Jotta asema kiihtyisi jatkuvasti, tarvitaan keskeytymätöntä virtalähdettä. Vaikka yhtäkkiä ilmaantuisi moottori, joka ei irrota ainetta, energian säilymislaki pysyy voimassa.
Toinen ongelma on ajatus jatkuvasta kiihtyvyydestä. Tietojemme ja fyysisten lakien mukaan on mahdotonta kiihdyttää äärettömään.
Lisäksi tällaiset ajoneuvot eivät sovellu tutkimustehtäviin, koska niiden on jatkuvasti kiihdytettävä - lentää. Hän ei voi pysähtyä tutkimaan planeettaa, hän ei voi edes lentää hitaasti sen ympäri - hänen on kiihdytettävä.
JotenSiten käy selväksi, että tällainen keinotekoinen painovoima ei ole vielä saatavillamme.
Karuselli
Kaikki tietävät, kuinka karusellin pyöriminen vaikuttaa kehoon. Siksi tämän periaatteen mukainen keinotekoinen painovoimalaite näyttää realistisimm alta.
Kaikella, mikä on karusellin halkaisijassa, on taipumus pudota siitä ulos suunnilleen pyörimisnopeutta vastaavalla nopeudella. Osoittautuu, että kehoon vaikuttaa voima, joka on suunnattu pyörivän kohteen sädettä pitkin. Se on hyvin samanlainen kuin painovoima.
Joten, tarvitset laivan, jolla on lieriömäinen muoto. Samalla sen on pyörittävä akselinsa ympäri. Muuten, tämän periaatteen mukaan luotu keinotekoinen painovoima avaruusaluksella esitetään usein tieteiselokuvissa.
Tynnyrin muotoinen alus, joka pyörii pituusakselin ympäri, luo keskipakovoiman, jonka suunta vastaa kohteen sädettä. Tuloksena olevan kiihtyvyyden laskemiseksi sinun on jaettava voima massalla.
Fysiikan tuntevien ihmisten ei ole vaikea laskea tätä: a=ω²R.
Tässä kaavassa laskennan tulos on kiihtyvyys, ensimmäinen muuttuja on solmunopeus (mitattuna radiaaneina sekunnissa), toinen on säde.
Tämän mukaan tavanomaisen g:n saamiseksi on tarpeen yhdistää oikein avaruuskuljetuksen kulmanopeus ja säde.
Tätä ongelmaa käsitellään elokuvissa, kuten "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" ja vastaavat. Kaikissa näissä tapauksissakeinotekoinen painovoima on lähellä Maan vapaan pudotuksen kiihtyvyyttä.
Vaikka idea on kuinka hyvä, sen toteuttaminen on melko vaikeaa.
Karusellimenetelmän ongelmat
Ilmeisin ongelma on korostettu A Space Odysseyssa. "Avaruusaluksen" säde on noin 8 metriä. 9,8:n kiihtyvyyden saamiseksi pyörimisen on tapahduttava noin 10,5 kierrosta minuutissa.
Näytettyjen arvojen kohdalla ilmenee "Coriolis-ilmiö", joka koostuu siitä, että eri voimat vaikuttavat eri etäisyyksillä lattiasta. Se riippuu suoraan kulmanopeudesta.
Kävittää, että avaruudessa syntyy keinotekoista painovoimaa, mutta kotelon liian nopea pyöriminen johtaa ongelmiin sisäkorvan kanssa. Tämä puolestaan aiheuttaa epätasapainoa, ongelmia vestibulaarilaitteistossa ja muita vastaavia ongelmia.
Tämän esteen ilmaantuminen viittaa siihen, että tällainen malli on erittäin epäonnistunut.
Voit yrittää mennä päinvastoin, kuten he tekivät romaanissa "The World-Ring". Täällä alus on tehty renkaan muotoon, jonka säde on lähellä kiertoradamme sädettä (noin 150 miljoonaa km). Tässä koossa sen pyörimisnopeus riittää jättämään huomiotta Coriolis-ilmiön.
Voit olettaa, että ongelma on ratkaistu, mutta se ei ole ollenkaan niin. Tosiasia on, että tämän rakenteen täydellinen pyöriminen akselinsa ympäri kestää 9 päivää. Tämä antaa mahdollisuuden olettaa, että kuormat ovat liian suuria. Jottarakenne kesti ne, tarvitaan erittäin vahvaa materiaalia, jota meillä ei ole tänään käytössämme. Lisäksi ongelmana on materiaalin määrä ja itse rakennusprosessi.
Samanteeman peleissä, kuten elokuvassa "Babylon 5", nämä ongelmat on jotenkin ratkaistu: pyörimisnopeus on aivan riittävä, Coriolis-ilmiö ei ole merkittävä, on hypoteettisesti mahdollista luoda tällainen laiva.
Tällaisillakin maailmoilla on kuitenkin haittapuoli. Hänen nimensä on momentum.
Akselinsa ympäri pyörivä alus muuttuu v altavaksi gyroskoopiksi. Kuten tiedätte, on erittäin vaikeaa saada gyroskooppi poikkeamaan akselista kulmaliikkeen vuoksi. On tärkeää, että sen määrä ei poistu järjestelmästä. Tämä tarkoittaa, että tämän kohteen suunnan asettaminen on erittäin vaikeaa. Tämä ongelma voidaan kuitenkin ratkaista.
Ongelmanratkaisu
Keinotekoinen painovoima avaruusasemalla tulee saataville, kun "O'Neill-sylinteri" tulee apuun. Tämän mallin luomiseksi tarvitaan identtisiä sylinterimäisiä aluksia, jotka on yhdistetty akselia pitkin. Niiden tulee pyöriä eri suuntiin. Tämän kokoonpanon tuloksena on nolla kulmamomentti, joten ei pitäisi olla vaikeuksia antaa alukselle haluttu suunta.
Jos on mahdollista tehdä laiva, jonka säde on noin 500 metriä, niin se toimii juuri niin kuin pitääkin. Samaan aikaan keinotekoinen painovoima avaruudessa on varsin mukavaa ja soveltuu pitkille lennoille laivoilla tai tutkimusasemilla.
Avaruusinsinöörit
Keinotekoisen painovoiman luominen on pelin luojien tiedossa. Tässä fantasiamaailmassa painovoima ei kuitenkaan ole kappaleiden keskinäistä vetovoimaa, vaan lineaarista voimaa, joka on suunniteltu kiihdyttämään esineitä tiettyyn suuntaan. Vetovoima tässä ei ole ehdoton, se muuttuu, kun lähde ohjataan uudelleen.
Keinotekoinen painovoima avaruusasemalle luodaan käyttämällä erityistä generaattoria. Se on tasainen ja tasasuuntainen generaattorin alueella. Joten todellisessa maailmassa, jos törmäät laivaan, johon on asennettu generaattori, sinut vedetään runkoon. Pelissä sankari kuitenkin putoaa, kunnes hän poistuu laitteen ulkopuolelta.
Tällä hetkellä ihmiskunnan luoma keinotekoinen gravitaatio avaruudessa, joka on luotu tällaisella laitteella, on saavuttamattomissa. Edes harmaatukkaiset kehittäjät eivät kuitenkaan lakkaa haaveilemasta siitä.
Pyörägeneraattori
Tämä on realistisempi versio laitteesta. Asennettaessa painovoimalla on suunta generaattoria kohti. Tämä mahdollistaa aseman luomisen, jonka painovoima on yhtä suuri kuin planeetta.
Sentrifugi
Nykyään maan päällä oleva keinotekoinen painovoima löytyy useista laitteista. Ne perustuvat suurimmaksi osaksi inertiaan, koska me tunnemme tämän voiman samalla tavalla kuin gravitaatiovaikutukset - keho ei erota, mikä aiheuttaa kiihtyvyyttä. Esimerkkinä: hississä ylös nouseva ihminen kokee hitauden vaikutuksen. Fyysikon silmin: hissin nostaminen lisää vapaan pudotuksen kiihtyvyyttä auton kiihtyvyyteen. Palattuaanhyttejä mitattuun liikkeeseen "painonlisäys" katoaa ja palauttaa tavanomaiset tuntemukset.
Tutkijat ovat pitkään olleet kiinnostuneita keinotekoisesta painovoimasta. Näihin tarkoituksiin käytetään useimmiten sentrifugia. Tämä menetelmä ei sovellu vain avaruusaluksiin, vaan myös maa-asemille, joissa on tutkittava painovoiman vaikutusta ihmiskehoon.
Opiskele maapallolla, hae…
Vaikka painovoiman tutkimus alkoi avaruudesta, se on hyvin arkipäiväistä tiedettä. Jo nykyäänkin tämän alan saavutukset ovat löytäneet sovelluksensa esimerkiksi lääketieteessä. Kun tiedetään, onko planeetalle mahdollista luoda keinotekoista painovoimaa, sitä voidaan käyttää motoristen laitteiden tai hermoston ongelmien hoitoon. Lisäksi tämän voiman tutkimus suoritetaan ensisijaisesti maan päällä. Tämän ansiosta astronautit voivat suorittaa kokeita pysyen lääkäreiden tarkkaavaisena. Toinen asia on keinotekoinen painovoima avaruudessa, siellä ei ole ihmisiä, jotka voisivat auttaa astronauteja odottamattomien tilanteiden sattuessa.
Täydellisessä painottomuudessa ei voida ottaa huomioon satelliittia matalalla Maan kiertoradalla. Painovoima vaikuttaa näihin esineisiin, vaikkakin vähäisessä määrin. Tällaisissa tapauksissa syntyvää painovoimaa kutsutaan mikrogravitaatioksi. Todellinen painovoima koetaan vain vakionopeudella avaruudessa lentävässä laitteessa. Ihmiskeho ei kuitenkaan tunne tätä eroa.
Voit kokea painottomuutta pituushypyn aikana (ennen kuin kuomu avautuu) tai lentokoneen parabolisen laskeutumisen aikana. Sellaisia kokeilujausein lavastettu Yhdysvalloissa, mutta lentokoneessa tämä tunne kestää vain 40 sekuntia - tämä on liian lyhyt koko tutkimukseen.
Neuvostoliitossa jo vuonna 1973 he tiesivät, oliko mahdollista luoda keinotekoinen painovoima. Eikä vain luonut sitä, vaan myös muuttanut sitä jollain tavalla. Elävä esimerkki painovoiman keinotekoisesta vähenemisestä on kuiva upotus, upotus. Halutun vaikutuksen saavuttamiseksi sinun on asetettava tiheä kalvo veden pinnalle. Henkilö asetetaan sen päälle. Kehon painon alla vartalo uppoaa veden alle, vain pää jää yläpuolelle. Tämä malli osoittaa v altamerestä löytyvän alhaisen painovoiman tuen.
Ei tarvitse mennä avaruuteen tunteaksesi painottomuuden vastakkaisen voiman - hypergravitaation - vaikutuksen. Kun nouset ja laskeudut avaruusalukseen sentrifugissa, et voi vain tuntea ylikuormitusta, vaan myös tutkia sitä.
Painovoimahoito
Gravitaatiofysiikka tutkii muun muassa painottomuuden vaikutuksia ihmiskehoon pyrkien minimoimaan seurauksia. Kuitenkin monet tämän tieteen saavutukset voivat olla hyödyllisiä planeetan tavallisille asukkaille.
Lääkärit panevat suuria toiveita tutkimukseen, joka koskee lihasentsyymien käyttäytymistä myopatiassa. Tämä on vakava sairaus, joka johtaa varhaiseen kuolemaan.
Aktiivisessa fyysisessä harjoituksessa suuri määrä kreatinofosfokinaasientsyymiä pääsee terveen ihmisen vereen. Syy tähän ilmiöön ei ole selvä, ehkä kuorma vaikuttaa solukalvoon siten, että se"rei'ittää". Myopatiapotilaat saavat saman vaikutuksen ilman liikuntaa. Astronautien havainnot osoittavat, että painottomuudessa aktiivisen entsyymin virtaus vereen vähenee merkittävästi. Tämä löytö viittaa siihen, että immersion käyttö vähentää myopatiaan johtavien tekijöiden negatiivista vaikutusta. Eläinkokeita on parhaillaan käynnissä.
Joidenkin sairauksien hoitoa suoritetaan jo tänään painovoimatutkimuksesta saatujen tietojen avulla, mukaan lukien keinotekoiset. Esimerkiksi aivohalvausta, aivohalvauksia ja Parkinsonin tautia hoidetaan kuormapukuilla. Tutkimus tuen positiivisesta vaikutuksesta - pneumaattinen kenkä on melkein valmis.
Lennäänkö Marsiin?
Astronautien viimeisimmät saavutukset antavat toivoa projektin todellisuudesta. On kokemusta lääketieteellisestä tuesta henkilölle pitkän oleskelun aikana maasta. Tutkimuslennot Kuuhun, joissa painovoima on 6 kertaa pienempi kuin omamme, ovat myös tuoneet paljon hyötyä. Nyt astronautit ja tiedemiehet asettavat itselleen uuden tavoitteen - Marsin.
Ennen kuin jonottelet lippua Red Planetille, sinun tulee tietää, mitä keho odottaa jo työn ensimmäisessä vaiheessa - matkalla. Keskimäärin tie autiomaaplaneetalle kestää puolitoista vuotta - noin 500 päivää. Matkalla joudut luottamaan vain omiin voimiisi, apua ei yksinkertaisesti ole paikkaa odottaa.
Monet tekijät heikentävät voimaa: stressi, säteily, magneettikentän puute. Tärkein testi keholle on painovoiman muutos. Matkan aikana ihminen "tutustuu".useita painovoiman tasoja. Ensinnäkin nämä ovat ylikuormituksia lentoonlähdön aikana. Sitten - painottomuus lennon aikana. Sen jälkeen hypogravitaatio määränpäässä, koska painovoima Marsissa on alle 40 % maapallosta.
Miten käsittelet painottomuuden negatiivisia vaikutuksia pitkällä lennolla? Toivotaan, että kehitys keinotekoisen painovoiman luomisen alalla auttaa ratkaisemaan tämän ongelman lähitulevaisuudessa. Kosmos-936:lla matkustavilla rotilla tehdyt kokeet osoittavat, että tämä tekniikka ei ratkaise kaikkia ongelmia.
Käyttäjäkokemus on osoittanut, että harjoituskompleksien käyttö, joka voi määrittää tarvittavan kuormituksen jokaiselle astronautille erikseen, voi tuoda paljon enemmän hyötyä keholle.
Toistaiseksi uskotaan, että tutkijat eivät lentää Marsiin, vaan myös turistit, jotka haluavat perustaa siirtokunnan Punaiselle planeetalle. Heille painottomuuden tunteet ovat ainakin aluksi tärkeämpiä kuin kaikki lääkäreiden väitteet pitkäaikaisen altistumisen vaaroista tällaisille olosuhteille. He tarvitsevat kuitenkin apua myös muutaman viikon kuluttua, minkä vuoksi on niin tärkeää pystyä löytämään keino keinotekoisen painovoiman luomiseksi avaruusalukseen.
Tulokset
Mitä johtopäätöksiä voidaan tehdä keinotekoisen painovoiman luomisesta avaruuteen?
Kaikista tällä hetkellä harkittavista vaihtoehdoista pyörivä rakenne näyttää realistisimm alta. Fysikaalisten lakien nykyisellä ymmärryksellä tämä on kuitenkin mahdotonta, koska alus ei ole ontto sylinteri. Sen sisällä on päällekkäisyyksiä, jotka häiritsevät ideoiden toteuttamista.
Lisäksi aluksen säteen tulee olla sellainensuuri, jotta Coriolis-ilmiöllä ei ole merkittävää vaikutusta.
Jos haluat ohjata jotain tällaista, tarvitset yllä mainitun O'Neill-sylinterin, joka antaa sinulle mahdollisuuden ohjata alusta. Tässä tapauksessa mahdollisuudet käyttää samank altaista rakennetta planeettojen välisillä lennoilla tarjoamalla miehistölle mukavan painovoiman lisääntyvät.
Ennen kuin ihmiskunta onnistuu toteuttamaan unelmansa, haluaisin nähdä tieteiskirjallisuudesta hieman enemmän realismia ja vielä enemmän tietoa fysiikan laeista.
