Что такое невесомость с точки зрения физика и космонавта?

Что такое невесомость? Парящие чашки, возможность летать и ходить по потолку, с легкостью перемещать даже самые массивные предметы — таково романтическое представление об этом физическом понятии.

Если спросить космонавта, что такое невесомость, он поведает, как сложно бывает в первую неделю на борту станции и как долго по возвращении приходится восстанавливаться, привыкая к условиям земного притяжения. Физик же, скорее всего, опустит подобные нюансы и с математической точностью раскроет понятие при помощи формул и цифр.

Определение

Начнем наше знакомство с явлением с раскрытия научной сути вопроса. Невесомость физика определяет как такое состояние тела, когда его движение или же внешние силы, воздействующие на него, не приводят к взаимному давлению частиц друг на друга. Последнее возникает всегда на нашей планете, когда какой-либо предмет перемещается или покоится: на него давит сила тяжести и противоположно направленная реакция поверхности, на которой объект расположен.

Исключение из этого правила — случаи свободного падения, то есть падения со скоростью, которое придает телу сила тяжести. В таком процессе отсутствует давление частиц друг на друга, появляется невесомость. Физика говорит, что на таком же принципе основано состояние, возникающее в космических кораблях и иногда в самолетах. Невесомость появляется в этих аппаратах, когда они движутся с постоянной скоростью в любом направлении и при этом находятся в состоянии свободного падения. Искусственный спутник или космический корабль доставляется на орбиту при помощи ракеты-носителя. Она придает им определенную скорость, которая сохраняется после выключения аппаратом собственных двигателей. Корабль при этом начинает перемещаться только под действием силы тяжести и возникает невесомость.

Неудобства

В начале космической эры встал вопрос о реакции тела на отсутствие притяжения. Невесомость в космосе была явлением не до конца понятным, хотя и предсказуемым. Сегодня ее влияние на человеческий организм в целом изучено.

Тонко настроенный механизм тела испытывает в условиях отсутствия силы тяжести колоссальный стресс. Космическая невесомость приводит к нарушению гидростатического давления жидкости в организме (в первую очередь крови), к исчезновению привычной нагрузки на опорно-двигательный аппарат. Некоторое время после прибытия на корабль или станцию астронавты подвергаются так называемому синдрому адаптации к космосу.

Влияние на организм

Что такое невесомость для новичка? Это головокружение, потеря ориентации. Возможно возникновение различных иллюзорных ощущений. Тело начинает приспосабливаться к новым условиям, но на перестройку нужно время. Как правило, работа организма налаживается в течение десяти дней.

Затем, однако, изменения продолжают происходить. Из-за отсутствия силы тяжести уменьшается общая нагрузка на организм. В результате космонавты в невесомости теряют массу, у них снижается работоспособность и, наоборот, повышается утомляемость. Изменяется и соотношение химических элементов в тканях: кости теряют часть необходимых им минералов. Нередко по возвращении на Землю после длительного пребывания на станции космонавт становится выше на несколько сантиметров. Причина кроется в той же невесомости. Результаты такого скачка роста бывают не самые приятные: возможно появление болей, ущемление нервов.

Дома

Последствия полетов для астронавтов этим не ограничиваются. После возвращения на Землю им приходится в течение некоторого времени адаптироваться обратно к силе тяжести. Что такое невесомость для космонавта, завершившего полет? Прежде всего это привычка. Сознание еще какой-то период отказывается принять факт наличия силы тяжести. В результате нередки случаи, когда космонавт вместо того, чтобы поставить чашку на стол, просто отпускал ее и осознавал ошибку, только услышав звон разбитой об пол посуды.

Питание

Одна из непростых и одновременно интересных задач для организаторов пилотируемых полетов — обеспечение космонавтов легко усваиваемой организмом под воздействием невесомости едой в удобной форме. Первые опыты не вызывали особого энтузиазма среди членов экипажей. Показателен в этом плане случай, когда американский астронавт Джон Янг вопреки строгим запретам пронес на борт сэндвич, есть который, правда, не стали, чтобы не нарушать устав еще больше.

На сегодняшний день с разнообразием на орбитальных станциях проблем нет. Перечень блюд, доступных для российских космонавтов, насчитывает 250 пунктов. Иногда грузовой корабль, стартующий к станции, доставляет свежее блюдо, заказанное кем-то из команды.

Основу рациона составляют сублимированные продукты. Все жидкие блюда, напитки, а также пюре упаковываются в алюминиевые тубы. Тара и оболочка продуктов продумывается таким образом, чтобы избежать появления крошек, парящих в невесомости и могущих попасть кому-то в глаз. Например, печенье делается достаточно маленьким и покрытым оболочкой, тающей во рту.

Знакомая обстановка

На станциях, подобных МКС, все условия стараются довести до привычных земных. Это и национальные блюда в меню, и необходимое как для функционирования организма, так и для нормальной работы аппаратуры движение воздуха, и даже обозначение пола и потолка. Последнее имеет, скорее, психологическую значимость. Космонавту в невесомости все равно, в каком положении работать, однако выделение условного пола и потолка снижает риск потери ориентации и способствует более быстрой адаптации.

Невесомость — одна из тех причин, почему в космонавты берут далеко не всех. Адаптация по прибытии на станцию и после возвращения на Землю сравнима с акклиматизацией, усиленной в несколько раз. Человек со слабым здоровьем такой нагрузки может не выдержать.

Интересные факты про невесомость | Интересные факты

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:

Похожие записи

20 интересных фактов о невесомости

Лишь немногим людям выпала возможность испытать на себе невесомость. Конечно, это весьма интересный опыт и любопытные ощущения, но всё же верно и то, что это состояние пагубно влияет на живые организмы. Из-за долгого пребывания в невесомости космонавты изрядно страдают, их кости истончаются, мышцы атрофируются, а еда упрямо не хочет проваливаться в желудок должным образом. Но все эти неудобства всё равно не могут остановить отважных покорителей космоса!

Факты о невесомости

• Это состояние иногда можно испытать во время полёта на современном реактивном самолёте, не покидая пределов земной атмосферы.
• Первые опыты, подтверждающие возникновение невесомости в состоянии свободного падения, были проведены в России в конце XIX века профессором Любимовым.
• Космонавтам в состоянии невесомости непросто принимать пищу, так как она не проваливается в пищевод сама по себе под воздействием гравитации (интересные факты о гравитации).
• Мышцы в невесомости атрофируются, а кости истончаются, так как они теряют кальций. Человечество ещё не нашло способа полностью побороть эти негативные эффекты, но специальные тренажёры и диеты помогают их минимизировать.
• Чихать в невесомости крайне не рекомендуется. Мало того, что можно отлететь в сторону по инерции, так ещё и частички слюны, вылетевшие изо рта, будут летать повсюду.
• Все предметы на космических станциях закреплены, как мелкие, так и крупные, иначе в состоянии невесомости они летали бы повсюду.
• В невесомости жидкости принимают шарообразную форму. Вылейте бутылку воды, и получите водяной шар.
• Космонавты спят в специальных коконах, причём в «вертикальном» относительно внутренних помещений станции положении. Но так как в невесомости мозг не распознаёт «верх» и «низ», так что разницы, строго говоря, нет (интересные факты о космонавтах).
• Свеча в невесомости не будет долго гореть. Так как горячий и холодный воздух в таких условиях не перемешиваются, кислород вокруг огня быстро выгорит, и свеча потухнет.
• В космических аппаратах для перемешивания воздуха используются вентиляторы, так как вокруг неподвижных (например, спящих) людей скапливается углекислый газ, который тоже не перемешивается в чистым воздухом. Если этого не делать, космонавтам будет трудно дышать, хоть они и не задохнутся.

• В условиях невесомости можно получать химические вещества и материалы, которые нельзя получить на земле. Но на промышленные рельсы эти технологии до сих пор не поставлены, так как стоимость доставки грузов на орбиту очень высока.
• Как показали эксперименты, пауки в состоянии невесомости плетут шарообразную паутину (интересные факты о пауках).
• Пламя в состоянии невесомости при горении стремится не вверх, а во все стороны сразу. Огонёк горящей спички, например, тоже будет шарообразным.
• Только в невесомости можно наблюдать удивительное явление, получившее название «эффект Джанибекова». Оно выражается в том, что вращающийся предмет через определённые промежутки времени внезапно меняет ось вращения на 180 градусов.
• У космонавтов в невесомости на несколько сантиметров увеличивается рост, так как сила тяжести не воздействует на их позвоночник.
• Прыгая на батуте, при достижении верхней точки прыжка вы на мгновение испытываете состояние невесомости.
• Плакать в невесомости не стоит, потому что слёзы не стекают по щекам, а скапливаются на глазных яблоках и жгут глаза (интересные факты о слезах).
• Кожа на наших пятках достаточно груба, потому что мы постоянно ходим. Но в невесомости нагрузки на пятки нет, и кожа на них разглаживается и становится мягкой. Поэтому космонавтам приходится очень осторожно снимать носки, чтобы частички отмершей кожи не разлетелись повсюду.
• На Международной Космической Станции нет душа в привычном смысле этого слова, космонавты очищают кожу влажными полотенцами. Даже шампунь для них придуман специальный, несмываемый — после его нанесения на волосы голову просто вытирают. А зубную пасту, тоже специальную, космонавтам приходится глотать (интересные факты об МКС).
• Так как космонавты иногда находятся на орбите месяцами, им приходится даже стричь волосы в условиях невесомости. Для этого применяются специальные ножницы с пылесосом, которые сразу засасывает состриженное.

Предыдущая заметка

Доклад на тему Невесомость по физике 7, 9, 10 класс сообщение

Невесомость означает отсутствие веса. Весом (в отличие от массы) называется сила, с которой тело воздействует на опору. Он пропорционален массе тела и ускорению, с которым тело движется.

Ощущение «весомости» возникает потому, что сила тяжести, будучи т.н. «массовой» силой, приложена к каждой точке тела; и сила нормальной реакции возникает в каждой точке.

Теперь предположим, что опора движется с таким же ускорением что и тело на ней. Опора «убегает» с той же скоростью, с какой тело «набегает» на неё. Давление на опору (вес) приближается к нулю, а значит, и сила нормальной реакции тоже. И тело, и опора движутся под действием только силы тяжести. Такое состояние называется невесомостью, или микрогравитацией.

Отсутствие веса у жидкостей делает невозможной работу обычной системы подачи топлива. Топливо, как и любая другая жидкость, собирается в сферу и в камеру сгорания поступать не будет. Для космических двигателей придуман топливный бак с разделителем фаз. Кроме того, пришлось устанавливать дополнительные двигатели, чтобы на разгоне топливо осаждалось на дно бака.

Личная гигиена, питание, вентиляция, обслуживание и ремонт оборудования – буквально всё, из чего состоит обыденная жизнь и работа, потребовало совершенно новых конструкторских решений.

В состоянии невесомости наблюдаются разнообразные нарушения восприятия, т.н. «космические иллюзии». Например, человек утрачивает способность ориентироваться с закрытыми глазами даже в хорошо знакомой обстановке. Иногда ему кажется, что его тело вращается, наклонено в какую-либо сторону или куда-то движется.

Для тестирования и тренировки космонавтов используется летающая лаборатория Ил-76 МДК. Самолёт переоборудован для полёта по кеплеровой параболе, в верхней части которой наступает невесомость продолжительностью в несколько десятков секунд.

Такой полёт в рамках космического туризма доступен любому человеку с хорошим здоровьем.

Вариант №2

Невесомость представляет собой состояние, при котором вес тела равняется нулю. Именно вес, так как масса предмета, при любом условии, остаётся неизменной. Обусловлено это отдалением от зоны действия земной гравитации и отсутствием таких факторов, как сил тяжести, сила сопротивления и реакция плоскости. Все тела начинают двигаться с одинаковым ускорением, поэтому человек, находящийся в космосе не чувствует тяжесть собственного тела, становиться невесомым, предметы, выпущенные в невесомость, не могут столкнуться и упасть, так так пол, стены и все окружение движется с той же скоростью, что и они.

Для нас невесомость — не природная стихия, соответственно неблагоприятно сказываться на организме в целом. Снижается  мышечный тонус, не используясь по своему назначению мышцы выключаться, что может привести к их атрофированию Слабеют кости из-за нарушения фосфорного обмена. Нарушается работа кровеносной системы — сердцу, как главному насосу, нет необходимости с прежней силой продавливать кровь по сосудам, доставляя ее к мозгу. Все это называется синдромом космической адаптации. Только при правильной организации деятельности в невесомости, а именно заблаговременная подготовка космонавтов к невесомости в космических лабораториях, специальные физические нагрузки и медикаменты, возможно избежать пагубного ее воздействия.

Невесомость — это не только космос и внеземное пространство, любой, свободно падающий предмет, некоторой время находится в состоянии невесомости. Человеку же достаточно подпрыгнуть, и отрезок времени между отрывом и приземлением обратно на землю и будет невесомость. Также чувство невесомости, как побочное явление ощущается при полетах на гражданских самолётах. Но, так как, это состояние опасно для неподготовленного человека, пилоты, во избежание осуществляют посадку постепенно сбрасывая высоту, как бы опускаясь по ступеням. Подобное чувство известно и гонщикам на спортивных соревнованиях.

На межорбитальных станциях уделяют огромное внимание изучению и организации быта космонавтов в состоянии невесомости. Например, чтобы избежать застоя углекислого газа, накапливаемого при дыхании, устанавливают большое количество вентиляторов, которые перемешивают его с кислородом.

В настоящее время для подготовки космонавтов к выходу в космос существуем несколько способов. Как и раньше, большинство из них тренируются в космических лабораториях. Это переоборудованный самолёт, движущийся по баллистической траектории. Такой способ тренировки позволяет космонавтам до 40 секунд погружаться в состояние невесомости, отрабатывая необходимые навыки.

Российская компания Росскосмос и ряд других, производят самолёты, способные осуществлять полеты достигая состояния невесомости, не выходя в космос. За время полета, а это обычно полтора часа, пилот проводит около десяти сессий по 25 секунд невесомости. Процесс довольно дорогостоящий, но тем не менее, позволяет желающему, не выходя в космическое пространство, очутится в невесомости.

По физике 7, 9, 10 класс кратко

Невесомость по физике

Популярные темы сообщений

• Хранение информации

  Информация, накапливаемая человеком с течением времени, очень важна, ведь ей нередко необходимо пользоваться. А потому лучше ее где – то хранить. Если частички информации где – то затеряются, то в будущем придется худо.

• Корова Зебу

  Зебу можно с полной уверенностью назвать карликовой коровой. Многие ее разновидности имеют рост около 90 см, потому нередко не достают даже до пупка среднестатистического человека. Масса тела зебу в среднем составляет 120 кг,

• Дерево Бук

  Бук – цветковое дерево из представителей Буковых, которое является распространенным представителем семейства. Встретить буковое дерево можно и в лесу, и в низине, и даже в горах. В основном бук растет в Северном полушарии.

7 интересных фактов о невесомости

1. У астронавтов рано или поздно начинается космическая болезнь, которая сопровождается головными болями и проблемами в суставах при движении. Но это только часть проблем. Когда астронавт оказывается в невесомости, вся жидкость, которая находится в организме, поднимается вверх и вызывает закупорку носоглотки и отеки на лице. Мышцы начинают атрофироваться за ненадобностью, в костях все меньше кальция, а кишечник работает в 2 раза медленнее.

2. Еще один бонус от невесомости – это увеличение роста из-за низкого давления. Оно воздействует на позвоночник и человек вырастает как минимум на 5 см.

3. Ученые провели опыты на крысах: что будет, если крыса вынашивает плод в космосе. Беременных крыс отправляли именно тогда, когда у плода начинало развиваться внутреннее ухо. Все потомство имело проблемы  с вестибулярным аппаратом.

4. Астронавты, которые храпели, в космосе совершенно от этого избавлялись.

5. В космосе о полноценном сне и речи быть не может. Восходы случаются 16 раз, из-за чего конечно же происходят изменения и в восприятии ритма жизни.

6. Исследователи долгое время не могли решить вопрос с туалетом. Так как в условиях невесомости с этим возникают большие проблемы. Сначала придумали использовать что-то вроде презервативов в скафандрах, но этой идеи отказались. И теперь астронавты надевают подгузники только при выходе в открытый космос. На космическом же корабле туалет выглядит почти также как и обычный, но смыв происходит сильными потоками воздуха, а не воды.

7. Те, кто возвращается из космоса, рассказывают, что очень трудно двигать руками и ногами сразу же после прилета. Поэтому приземление многие называют вторым рождением. А еще возникают проблемы с адаптацией к восприятию притяжения. Если предмет падает, то он все-таки падает и для астронавтов это несколько непривычно.

—

При поддержке: При покупке квартиры или дома всегда возникает много хлопот. Одна из самых важных проблем – это переезд квартиры, но этот вопрос всегда можно быстро решить, если заказать качественные услуги переезда.

Почему космонавты в космосе находятся в состоянии невесомости?

Наша Земля, планеты, Солнце и звезды являются частью огромной Вселенной. Если ты смотрел фильмы про освоение космоса, то хорошо представляешь, как выглядят космические корабли. Ты видел, как люди двигались внутри этих кораблей. Человеческие движения были необычными и очень похожими на плавание! Такими движения получались из-за невесомости – главной особенности любого космического полета. Что же это за явление? И почему космонавты в космосе находятся в состоянии невесомости?

На нашей планете действует сила земного притяжения. И люди привыкли к тому, что даже очень легкие предметы не зависают в воздухе, а падают на землю. Снежинки зимой, весенняя капель, легкое птичье перышко и осенний листок – они имеют совсем маленький вес, но все оказываются на земле. В космосе все по-другому. Сила земного притяжения там не действует, потому люди в космическом корабле не ходят, а плавают. Вместе с ними «плавают» и разные предметы. Со стороны это выглядит забавным и веселым, но может оказаться очень опасным и стать причиной серьезной аварии.

Инженеры, которые создают орбитальные станции для полетов в космос, знают об этом и стараются сделать так, чтобы все предметы внутри корабля были хорошо закреплены.

Так почему космонавты в космосе находятся в состоянии невесомости? Ты уже прочел о том, что невесомость – важная особенность жизни в космосе. И возникает она из-за отсутствия там земного притяжения. Невесомость сильно влияет на человеческий организм. Кровь и вся жидкость, которая находится в теле космонавта, приливает к его голове. Голова становится очень тяжелой, нос закладывает как при насморке, кровь давит на глаза. Это довольно тяжелое состояние. Потому в космонавты берут только крепких и закаленных людей.

Исследовать космос очень интересно. И космонавт – это замечательная профессия. Вместе с учеными космонавты занимаются изучением нашей Вселенной.

Если ты уже сейчас интересуешься движением планет и часто смотришь на звезды, то в будущем сможешь стать космонавтом. Только не ленись делать утреннюю зарядку и занимайся спортом.