Как создать невесомость на земле: 6 способов ощутить невесомость на Земле

Как почувствовать невесомость? Клуб почемучек

игры для обучения естествознанию | Клуб почемучек | космос | опыты | развивающие игры | эксперименты

АвторТатьяна Пироженко
17 января, 20139 июня, 2022

Сегодня пятница, а значит в “Коллективном блоге для мам” вышел новый выпуск “Клуба почемучек”. Сегодня в нем оттвет на вопрос моего Вити “Как люди научились печь хлеб?“.
А здесь у меня я делаю перепост прошлого выпуска, в котором я отвечала на вопрос Лизы и ее двухлетнего сына Тома:

“Что такое невесомость и как ее почувствовать в домашних условиях?”

Невесомость – состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует.
Это определение точно, но слишком сложно для понимания двухлетнего мальчика. Поэтому попробую по другому – не так точно, зато наглядно 🙂
Все мы на Земле (и на любой другой планете) чувствуем силу тяжести – силу притяжения Земли. Я уже рассказывала о ней раньше. То, что мы в обиходе называем “вес” предмета – это то, как мы ощущаем давление этого предмета на опору, которая не дает предмету падать под действием силы тяжести к центру Земли.

Вот мы кладем книгу на руку – она нам кажется тяжелой, мы скажем “у нее большой вес”. Вес – это то давление, которое чувствует наша рука, преграждая книге путь к Земле. Мы уберем руку – книга упадет на пол. Пока она будет падать – веса у нее не будет (на самом деле будет из-за давления воздуха, но я для наглядности рассказа все буду упрощать), ведь она не давит ни на какую опору и не подвешена ни на какой веревке. А когда книга упадет на пол, она опять станет весить. Потому что частицы книги станут упираться в пол, который загораживает книге путь к центру Земли. В тот момент, когда книга падала, она была в невесомости!
Поэтому такое, казалось бы, чисто космическое понятие как “невесомость”, на самом деле нам хорошо знакомо.  Мы испытываем ее каждый раз, просто подпрыгнув – в момент, когда летим вниз и наша скорость становится равна ускорению свободного падения (9,8 м/сек). Мы испытываем невесомость качаясь на качелях – в тот момент, когда они на секунду застыли перед тем как поменять направление движения и опуститься вниз. Мы испытываем невесомость на борту корабля, качаясь на волнах – именно постоянное чередование невесомости и перегрузок вызывает “морскую болезнь”.  Мы испытываем невесомость в момент, когда наш самолет падает в воздушную яму. Всем знакомо это ощущение легкости в животе?

Невесомость можно даже зафиксировать точным прибором в домашних условиях. Я говорю об обычных пружинных весах. Возьмите весы, подвесьте на них какой-то груз (мы взяли пакет с картошкой) и поднимите его на вытянутой руке как можно выше. Смотрите на стрелочку и резко опустите руку с грузом вниз, имитируя его падение. Вы увидите, что стрелочка на весах поднялась вверх, к нулю, фиксируя, что вес груза при падении уменьшился. (Лучше, если опыт будут делать два человека – один опускать, другой смотреть).

Тот же эксперимент можно сделать с напольными весами (лучше всего использовать пружинные со стрелочкой, а не электронные из-за того, что изменение веса будет видно всего лишь мгновение, и электроника может не успеть среагировать). Встаньте на весы и запомните свой вес. А теперь присядьте. В момент приседания весы будут показывать меньший вес, чем в начале. Потому что хотя ноги и продолжали давить на опору и создавать вес, часть тела летела вниз со скоростью, равной ускорению свободного падения. И эта часть ничего не весила. Поэтому мы стали легче ровно на это значение.

К сожалению, в условиях Земли невесомость можно почувствовать только на несколько секунд. Дольше всего ее испытывают летчики на самолетах, которые выполняют полет по специальной траектории (почти параболе). Такие полеты как раз и проводятся для того, чтобы за эти 30-40 секунд полной невесомости (пока самолет как-бы падает на Землю) в нем могли тренироваться будущие космонавты. Я недавно видела сообщение о том, что калифорнийская компания BRC Imagination Arts разработала аттракцион для развлекательных парков, в котором люди смогут в течении 8-10 секунд находится в состоянии невесомости. Каждый желающий сможет купить недорогой билет и почувствовать себя космонавтом. Думаю, когда Том подрастет, он уже сможет покататься на таком аттракционе 🙂

Кстати, хочу обратить ваше внимание на то, что невесомость на космическом корабле возникает не из-за того (как думают многие), что он летит высоко, и сила притяжения Земли, действующая на него, мала. А из-за того, что космический корабль (и все, что в нем находится), двигаясь по орбите как будто-бы постоянно падает на Землю. Он все время летит вниз, поэтому и не имеет веса. А сила гравитации на космический корабль действует почти так же, как на Земле (всего на 10% меньше). Если бы мы могли построить башню высотой 350 км (именно такая высота орбиты МКС), то никакой невесомости мы бы там не почувствовали.
Другое дело, что если тело поместить вдали от действия любых гравитационных сил (любых крупных масс – планет, звезд и т.п.), то оно тоже будет в невесомости. Эту невесомость называют микрогравитацией.

Материалы по теме:

Википедия //ru.wikipedia.org/wiki/Невесомость

П.Клушанцев Клушанцев П. Дом на орбите: Рассказы об орбитальных станциях. – Л.: Дет. лит., 1975 http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/klusantsev/dom-na-orb75/klushantcev_04.htm

Класс!ная физика http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/731-op-ves

Видео:

Космонавтика. Мир невесомости (уроки из космоса)

1 часть: https://www. youtube.com/watch?v=xcR8Y1RB1y8

2 часть: https://www.youtube.com/watch?v=Du2ulwha8zM

Опыты дилетанта. Невесомость на Земле https://www.youtube.com/watch?v=yL1fjhEWISM

Присылайте свои вопросы ко мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы), и я постараюсь ответить на каждый из них. 

Архив прошлых выпусков “Клуба почемучек” можно посмотреть ЗДЕСЬ.

Здесь можно увидеть еще посты о космосе и астрономии для детей:
Лэпбук “Солнечная система“
Лэпбук “Первый полет человека в космос“
Брошюрки с заданиями для распечатки “Детям о Большой Медведице” и “Детям о Созвездии Орион”
Опыты по астрономии
Звездоскоп
Опыт: Космос в рюмке
Интерактивная выставка “Космонавтом быть хочу“
Как увидеть Землю из космоса
Сценарий детского праздника ко Дню космонавтики  “Космический квест“
Галерея космических поделок
Космическая коробка для урока в школе
Полет к астероиду Бенну (миссия “Осирис-Рекс”)
Почему у Большой Медведицы хвост?
Как увидеть МКС
Кто из живых существ первым полетел в космос?
Где кончается Вселенная?
“Почему Луну видно днем?“
Постеры с планетами для школы
Обучающий плакат “Космос”
Рзвивающее занятие для малышей “Луна“
Наши имена на Марсе
Полигон для лунохода
Музей космонавтики в Артеке,
Астрофизическая обсерватория
Список программ и приложения для астрономических наблюдений

А другие наши опыты и эксперименты можно увидеть тут: Почему сосульки всегда растут вниз, На каком хлебе плесень растет быстрее,  Строение почвы, Влияние почвы на рост растений, Почему образуются лужи, Играем в детектива – отпечатки пальцев, Почему люди не выпадают из качелей, Солнечные часы,  Водяные часы – клепсидра, Добыча и выплавка металлов, химические опыты, “Луна“,   Наблюдаем в микроскоп, Как самим сделать мультфильм.  

как космонавты готовятся к полёту — РТ на русском

Многие мечтают побывать в космосе, но не все представляют, с какими трудностями человек сталкивается на орбите. В рамках проекта «Космос 360» съёмочная группа RT приняла участие в тренировке на борту уникального российского самолёта, который имитирует состояние невесомости. Корреспондент Мурад Газдиев попытался выяснить у космонавтов, каково это — жить без гравитации. Первый заместитель начальника Центра подготовки космонавтов имени Гагарина, Герой России Юрий Маленченко в эксклюзивном интервью RT рассказал, почему невозможно полностью подготовиться к полёту в космос.

Все люди по-разному переносят состояние невесомости, но в той или иной степени у всех оно вызывает дурноту. Сначала испытываешь эйфорию от невесомости, но затем начинают проявляться симптомы «космической болезни». Степень её воздействия во многом зависит от особенностей вестибулярного аппарата человека, но поначалу ей подвержены все — будь она реальной или искусственно созданной.

«Самое трудное, наверное, не обращать внимания на те реакции организма, которые в любом случае возникают. Конечно, кто-то на это реагирует легче, у кого-то это проявляется в более тяжёлой форме, но в любом случае организм пытается сопротивляться этому необычному для себя состоянию», — рассказал RT космонавт-испытатель Пётр Дубров.

Съёмочной группе RT посчастливилось испытать невесомость на Земле в уникальном самолёте-лаборатории «Роскосмоса» Ил-76МДК.

На его борту в ходе полёта где-то раз в минуту примерно на 25 секунд возникает невесомость. С помощью таких тренировок космонавтов готовят к будущей работе в подобных условиях.

Тренировки в невесомости проходят в Центре подготовки космонавтов им Ю.А. Гагарина. Это единственное место в России, где подобные тренировки возможны.

«Для меня самое сложное — остановиться. Режим короткий, 25—30 секунд, бывает, что увлечёшься выполнением задания и хочется продолжать», — признаётся космонавт-испытатель Сергей Корсаков.

Герой России полковник Юрий Маленченко отлично знает, как человек чувствует себя в космосе. Он занял должность замначальника ЦПК только в сентябре прошлого года: из своего последнего — шестого — полёта в космос он вернулся 18 июня 2016 года. В общей сложности Маленченко провёл на орбите 827 суток — по этому показателю он уступает только Геннадию Падалке (у того 878 суток). RT расспросил космонавта об Ил-76МДК и поинтересовался, каково это — быть невесомым.

— Чем уникален самолёт-лаборатория Ил-76МДК?

— На Земле очень трудно придумать способ воссоздания эффекта невесомости, потому что постоянно действует гравитация. И когда эту задачу решали, было принято решение создать самолёты-лаборатории. В конструкцию самолёта были внесены изменения специально для того, чтобы он смог воспроизводить состояние невесомости. В процессе полёта выбирается специальная траектория и достаточно продолжительное время создаётся околонулевая перегрузка. В течение этого времени можно приблизиться к ощущению невесомости и выполнять разные задачи: проводить тренировку некоторых действий, которые космонавту предстоит выполнять в космосе, проверять работу и испытывать оборудование. Это достаточно уникальные и очень эффективные комплексы, поэтому мы их активно используем.

Также по теме

Русские горки 360: тренировка в невесомости на самолёте Ил-76 в формате панорамного видео

В рамках проекта RT «Космос 360» съёмочная группа RT побывала на тренировке космонавтов по отработке поведения в условиях невесомости….

— На ваш взгляд, возможно ли полностью подготовиться к воздействию невесомости, тренируясь в самолёте Ил-76МДК?

— Полностью — нет. У нас есть и другие средства, которые готовят космонавтов для того, чтобы, попав в невесомость в космосе, они могли не только чувствовать себя комфортно, но и выполнять поставленные перед ними задачи. Конечно, невесомость в космосе — это нечто такое, что на Земле сложно воспроизвести. Состояние постоянной, полной невесомости, 24 часа в сутки. Как бы человек ни тренировался здесь, попав туда, он получает новые ощущения.

— А как вы опишете чувство невесомости?

— Это многоплановое ощущение. Первые минуты и часы обращает на себя внимание та лёгкость, которую ты ощущаешь. Ты невесомый, ты паришь в воздухе и можешь перемещаться в трёхмерном пространстве. Совершенно спокойно, оттолкнувшись от одной стены, ты летишь в другом направлении. Можешь зависнуть и просто висеть, не прикасаясь ни к чему. Конечно, есть другие факторы невесомости — она очень серьёзно воздействует на организм. И помимо этой лёгкости есть очень много сложностей, которые она создаёт для человека. Поэтому существует много методик, которые активно используются для профилактики этих вредных воздействий.

— Технологии не стоят на месте. Как ЦПК реализует новинки техники в системе подготовки к полёту?

— Мы постоянно используем все технологии, которые предоставляет нам время. Модернизируется тренажная база. Все выполняемые задачи непосредственно связаны с технологиями и компьютерными технологиями. Всё это уже давно применяется — и в моделировании, и в обеспечении визуализации, и в сопровождении выполняемых работ, и при выполнении экспериментов — везде активно используется. Очень мало можно придумать таких задач, где бы не использовались самые современные высокие технологии.

— Сейчас на МКС Андрей Борисенко для корпорации «Роскосмос» и для канала RT снимает панорамное видео в формате 360. Вы как человек, много раз бывавший на МКС и на «Мире», как считаете: насколько соответствуют действительности такого формата ролики? Человек, который никогда не был в космосе, получит реальное представление о том, что наверху?

— Безусловно, угол зрения 360 даёт специфический эффект. Конечно, сложно полностью воспроизвести то, что человек видит глазами. Однако я смотрел ролики, и на мой взгляд, в таком формате не только увеличивается обзор, но и создаётся впечатление космического полёта, как будто ты находишься там, в этом пространстве. У зрителя, мне кажется, даже появляется эффект невесомости.

«Космос 360»

Ранее в рамках проекта «Космос 360» RT побывал на другой тренировке космонавтов по отработке поведения в условиях невесомости. Также можно было посмотреть, как проходит утро на МКС, как выглядят модули космической станции и какой видят Землю космонавты, находясь на орбите.

Спецпроект RT «Космос 360» доступен онлайн на шести языках (русский, английский, испанский, французский, немецкий и арабский), а также в специальном мобильном приложении RT360 (Google Play, App Store, Oculus Store).

Создание невесомости на планете, отягощенной гравитацией

Этот веб-сайт лучше всего просматривать в таких браузерах, как: Edge, Firefox, Chrome или Safari. Мы рекомендуем вам использовать один из этих браузеров для получения наилучших результатов.

Перейти к содержимому

Создание невесомости на планете, утяжеленной гравитацией где много гравитации.

Но используя грузы, шкивы и другие формы наземного вспомогательного оборудования (не говоря уже о глубоком понимании физики), инженеры Northrop Grumman могут максимально имитировать невесомость невесомости. гравитационные связи во время испытаний на Земле приближаются к условиям, с которыми специализированное оборудование столкнется в невесомом космосе.

Эти инженеры-механики анализируют все виды космических технологий, но, возможно, ни один проект не проверил их знания и стойкость больше, чем космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба. Уэбб сам по себе является чудом инженерной мысли и обладает уникальными характеристиками и компонентами, которые побудили инженеров-механиков полагаться на сценарий, которому не обязательно следовать при разработке других космических кораблей.

Но инженеры приняли этот вызов. Они нашли Уэбба бодрящим и, возможно, непревзойденным даже в профессии, которая представляет собой изрядную долю замечательной работы. Участие в создании космических технологий всегда вознаграждается — подготовка Уэбба к его исторической миссии по изучению Вселенной войдет в историю как задача мечты.

«Я работал над несколькими программами, и такая возможность выпадает раз в жизни», — сказал Джонатан Чанг, менеджер по механическому AI&T (сборка, интеграция и тестирование) в Northrop Grumman, который работал над Webb для более чем за десяток лет до того, как недавно переключился на другие проекты. «Это огромное мероприятие. Я горжусь своей командой и теперь буду наблюдать, как она готовится к запуску».

Воспроизведение нуля G в масштабе

Массивный космический телескоп будет наблюдать за звездами, формирующими планетные системы, и использовать инфракрасные волны, чтобы узнать больше о первых галактиках, образовавшихся в ранней Вселенной.

Как упомянул Чанг, разработка Уэбба была «огромным мероприятием», а сам телескоп физически столь же велик, как и амбициозен.

Основание его защитного многослойного солнцезащитного козырька простирается на 69,5 фута на 46,5 фута, что в два раза меньше Боинга-737, но достаточно велико, чтобы принять обычный теннисный матч. Тем не менее, несмотря на свои размеры, Webb имеет сложную конструкцию, позволяющую разместить множество движущихся частей. NASA и Northrop Grumman создали обсерваторию в стиле оригами, которую можно аккуратно сложить внутри обычной ракеты-носителя, а затем развернуть в космосе. Восемнадцать шестиугольных секций будут иметь диаметр более 21 фута и будут работать вместе, образуя единое телескопическое зеркало. Защищает зеркало от тепла и света Солнца, Земли и Луны пятислойный солнцезащитный козырек.

Разработка и тестирование Webb продолжались более двух десятилетий — не только из-за его сложности, но и потому, что после того, как он окажется в космосе, пути назад уже не будет. Все его компоненты должны работать, когда он находится на расстоянии 930 000 миль от Земли.

«Мы не можем отправить астронавтов, чтобы исправить это. Мы развертываем только один раз», — сказал Чанг. «Вот почему мы обычно проводим много раундов тестирования».

Ограниченные гравитацией Земли, инженеры Northrop Grumman использовали наземное вспомогательное оборудование, чтобы воспроизвести нулевую гравитацию.

«Мы используем различные виды подъемных или опорных приспособлений, все, что может разгрузить летное оборудование во время испытаний», — сказала Мей-Ли Хей, инженер-механик по наземным системам, для которой Уэбб — ее первый проект. с компанией.

Компенсация гравитации с помощью физики и знакомых функций

Методы испытаний в невесомости могут показаться чем-то из сценария телешоу «МакГайвер», но за всем этим стоит строгая наука. Возьмем, к примеру, двигатель, который поднимет телескоп, как только Уэбб окажется в точке наблюдения почти в миллионе миль от него. Задача Чанга, Хея и их коллег состояла в том, чтобы доказать, что двигатель действительно может перемещать телескопические зеркала весом 8000 фунтов без гравитации, но делать это в тестовой среде, в которой он может поднимать не более 1000 фунтов.

Чтобы имитировать невесомость, они разработали наземное вспомогательное оборудование, которое ведет себя так же, как тренажеры, сказал Чанг. Подобно тому, как энтузиаст фитнеса может использовать перекладину с противовесом, чтобы максимизировать тренировку, команда Чанга разработала аналогичные приспособления, чтобы помочь двигателю тянуть вес зеркал. На самом деле, даже после завершения испытаний в невесомости, когда Уэбб ожидает запуска, его зеркала висели с помощью противовесов, прикрепленных к стене.

Многие испытания в условиях невесомости были смоделированы таким образом: с использованием шкивов, противовесов и других уникальных механических конструкций, чтобы компенсировать гравитацию и продемонстрировать, как компоненты Уэбба когда-нибудь будут двигаться и работать в космосе. Например, высокоточные подшипники уменьшили трение, как в космосе. Кроме того, команда использовала что-то, что выглядит и функционирует точно так же, как стол для аэрохоккея, за исключением того, что он был увеличен в масштабе, чтобы перемещать большие компоненты Webb из одной точки в другую.

Мы смотрим на вещи, которые уже знаем, и строим на них, комбинируем их и используем более творчески.

Джонатан Чанг

Менеджер по механическим технологиям и технологиям (сборка, интеграция и тестирование) в Northrop Grumman

Тестирование редко бывает идеальным или простым, и это то, чего хочет команда. В конце концов, космос непрост, и команда должна быть готова и испытана на всевозможные сценарии.

Эй и ее команда способны быстро найти решение проблем, возникающих на этаже. «Мы собирали всю команду вместе и обсуждали различные решения, чтобы убедиться, что мы нашли основную причину проблемы. «Что вызывает эту аномалию или несоответствие?» Может быть, шаги не по порядку, или, может быть, он нуждается в редизайне, и мы не учли что-то еще. Каждый день приходилось решать множество разных задач».

Создавая историю Marvel

Инженеры наземных систем испытали не только условия невесомости. Они также создали системы поддержки, чтобы помочь коллегам проводить экологические, акустические и другие виды испытаний. Общим для этих тестов была повторяемость. По словам Хея, который будет работать над Webb практически до его запуска, они провели несколько обзоров, чтобы убедиться, что все так, как кажется.

Она и Чанг с нетерпением ждут запуска и гордятся своей ролью в его научном и историческом значении.

Чанг надеется, что двое его детей, которые слишком малы, чтобы понять, что на самом деле делает «гигантский золотой младенец», над которым работал папа, когда-нибудь увидят фотографии, сделанные Уэббом, и восхитятся ими так же, как он первые изображения, отправленные космическим телескопом Хаббл.

Для Эй, ее работа над Уэббом была серией новинок, которые, как она надеется, принесут еще больше новинок.

«Это не только первое, над чем я работала, но и первое, что я вложила в его запуск», — сказала она. «Я не могу представить, что он будет чувствовать, когда он, наконец, доберется туда, развернется и начнет отправлять обратно какие-то действительно классные вещи. Надеюсь, мы найдем инопланетян».

Цифровое моделирование внеземных сред

Узнать больше

Объединительная плата телескопа Уэбб НАСА предлагает сильную и устойчивую руку

Узнать больше

Чудо инженерной мысли: мегасолнцезащитный козырек JWST обретает форму

4

Узнать больше

Зарегистрируйтесь сейчас, чтобы получать новости от Northrop Grumman о наших технологиях и инновациях.

Подписаться

НАУЧНЫЙ ЛЮБИТЕЛЬ: Антигравитационная камера

НАУЧНЫЙ ЛЮБИТЕЛЬ: Антигравитационная камера

ВИД СВЕРХУ:

       _____ прожектор ВИД СВЕРХУ
      | ___|/| _____________________________
      |