Какая сила тяжести в центре земли? Есть ли там невесомость? На каком расстоянии от земли начинается невесомость
Топ заблуждений об астрономии. 4. В космосе невесомость — из-за слабой гравитации
Так и хочется объяснить чарующее свободное перемещение космонавтов и вещей вокруг них тем, что их корабль или космическая станция далеко от Земли, а потому её сила притяжения близка к нулю. Вроде как именно это позволяет им, как показывается во множестве передач, зависать в центре помещения, эффектно перекидывать по прямой траектории из руки в руку какой-нибудь предмет или создавать парящие в воздухе водяные пузырьки, а потом ловить их ртом.
Однако сила тяжести на космических станциях не особо меньше той, которая действует на нас на Земле. Согласно закону всемирного тяготения.
G — это так называемая «гравитационная постоянная».
Её значение — 6,67408 × 10−11м³/кг⋅с².
В интересующем нас частном случае, M — масса Земли, m — масса какого-то тела (например, космического корабля или человека в нём), а r — расстояние между центром Земли и этим телом.
Правда, эта формула введена для тел, которые можно считать точечными, а если тело находится вблизи поверхности Земли, то Землю — ввиду её нехилых по сравнению с космическим кораблём размеров — вряд ли можно считать точечным телом, однако всё равно приблизительно такая сила будет притягивать это тело к Земле. Для интересующей нас оценки этой приближённой формулы вполне достаточно.
Так вот, как легко видеть, все величины, кроме расстояния от интересующего нас тела до Земли, сохраняются, и при отдалении этого тела. Из чего можно заключить, что отношение сил, с которыми Земля притягивает это тело в разных точках пространства, обратно пропорционально квадрату отношения расстояний от центра Земли до каждой из этих точек.
Большинство космических кораблей, запущенных человечеством, летает не особо далеко от Земли. Например, Международная Космическая Станция находится на орбите, отстоящей от поверхности Земли примерно на 400 километров. Радиус же Земли — приблизительно 6400 километров.
Подставив эти сведения в вышеприведённую формулу, получим
Иными словами, внутри МКС Земля притягивает тела всего на 10% слабее, чем на поверхности Земли.
А чтобы сила притяжения упала хотя бы вдвое, надо отлететь на 2650 километров. Так далеко люди пока что залетали только во время лунных экспедиций. Все же остальные пилотируемые полёты проходили существенно ближе к поверхности Земли, а потому сила тяжести, действующая на космонавтов во время полёта, даже до половины от земной не опускалась.
Впрочем, беспилотные искусственные спутники есть и на гораздо бо́льших расстояниях. Так, часть спутников GPS летает на расстоянии 20 000 километров от поверхности, а спутник, запущенный недавно в рамках проекта «Радиоастрон», будет в самой дальней точке своей орбиты на расстоянии 330 000 километров от центра Земли.
Причина невесомости, таким образом, явно заключена в чём-то другом, однако давайте сначала разберёмся с тем, что вообще такое «вес».
Несмотря на то, что в бытовых условиях люди зачастую отождествляют между собой «массу», «вес» и «силу тяжести» — это три различные физические величины.
Масса — это неотъемлемая характеристика тела, которая остаётся одной и той же, где бы тело ни находилось, и обуславливает гравитационное и инерционное взаимодействия этого тела.
Правда, масса может поменяться при смене системы отсчёта, но при малых скоростях тела относительно точки отсчёта этим эффектом можно пренебречь.
Сила тяжести — это та сила, с которой нас притягивает некоторое массивное тело (чаще всего им подразумевается Земля).
В отличие от массы, сила тяжести — величина переменная. Чем дальше от земной поверхности, тем меньше сила тяжести. Но самое главное, это вообще две разных физических величины — масса и сила.
Даже единицы измерения у них разные: масса измеряется в килограммах, а сила — в ньютонах.
Наконец, вес — это та сила, с которой тело давит на опору или тянет за подвес.
Когда вы просто так стоите на Земле, то ваш вес — сила, с которой вы давите на поверхность, — обуславливается лишь действующей на вас силой тяжести. Однако если вы, например, возьмёте на руки своего приятеля, то ваш вес возрастёт — на величину силы тяжести, действующей на приятеля. Ведь действительно после этого на Землю вы начнёте давить сильнее.
Так вот, «невесомость» — это именно что отсутствие веса: когда вы или любое другое тело давят на пол или на что-то ещё с нулевой силой.
Именно этим эффектом обусловлены и все те странные чувства, которые мы ощущаем в невесомости.
Наши стопы не давят на пол, а пол, соответственно, перестаёт давить на наши стопы. Наши внутренние органы не давят друг на друга. Каждая клетка организма перестаёт ощущать давление тех клеток, которые ранее находились «сверху» — дальше от земной поверхности, а потому мышцам уже не надо сопротивляться этому давлению. Вестибулярный аппарат перестаёт распознавать направление «вниз» и это вызывает чувство тревоги…
Ах да, в позапрошлом абзаце я не оговорился: почти все мы такое действительно постоянно ощущаем, хотя космонавтов среди нас очень мало. Дело в том, что для ощущения невесомости не обязательно лететь в космос — достаточно просто падать. Любой прыжок — это «невесомость». Те самые ощущения, хоть и очень кратковременные.
Ну а если хочется подольше, то можно прислушаться к своим чувствам, когда лифт начинает ехать вниз.
Так вот, в космических кораблях невесомость настаёт в те моменты времени, когда они падают — то есть движутся строго с ускорением свободного падения, обусловленного силой тяжести. В этот момент вместе с кораблём аналогичным образом движется и всё его содержимое, а также содержимое содержимого, поэтому никто ни на кого не давит. Всё имеет нулевой вес.
Причём космические корабли падают основную часть времени своего полёта — стоит выключить двигатель, как тут же начинается падение в сторону наиболее влиятельного по создаваемой им силе тяжести объекта.
Даже во время полётов на Луну каждый космический корабль почти всё время падал. В основном в сторону Земли, но, когда стало совсем близко до Луны — уже в её сторону.
Правда, это было своеобразное такое падение: падая на Землю, космический корабль продолжал лететь в сторону Луны — просто потому, что до того он набрал довольно большую скорость, которую всю дорогу снижала тянущая его к Земле сила, но так и не успела снизить скорость до нуля, чтобы потом начать двигать космический корабль в обратную сторону.
Впрочем, падение космических кораблей вблизи Земли ещё занимательнее: во время него они умудряются оставаться на одном и том же расстоянии от земной поверхности.
И вот как это можно себе представить.
Предположим, мы, стоя на земле, бросили камень параллельно её поверхности. Когда в нашем распоряжении лишь сила мышц, камень улетит на совсем небольшое расстояние. На нём кривизна поверхности Земли столь слабо ощутима, что её вообще можно считать плоскостью.
Но если мысленно выдать себе сверхсилу или воспользоваться каким-то из достижений цивилизации, то камень удастся зашвырнуть столь далеко, что кривизна Земли уже сыграет свою роль.
Как мы видим на первой картинке, в этом случае камень как бы «залетает за горизонт» — падает дальше, чем упал бы в случае с плоской Землёй. Но мы можем не останавливаться на достигнутом и швырнуть камень ещё сильнее — как на второй картинке. В эту точку мы бы точно не смогли попасть по прямой — поверхность Земли бы помешала.
Тут, впрочем, важна не только кривизна поверхности, а ещё и то, что у нас по мере полёта меняется направление, в котором сила тяжести тянет камень. Так, в точке броска сила тяжести тянула камень вдоль оси игрек, а при пересечении оси икс — уже вдоль оси икс: каждый раз примерно в сторону центра Земли.
Благодаря этим двум факторам мы можем подобрать такую силу броска (точнее, такую начальную скорость полёта камня), что камень будет падать вечно.
Эта шутка тем смешнее, что ни фига не шутка. Ведь ровно вот это самое и происходит с космическими кораблями и станциями на орбитах: они падают вечно, всё время «промахиваясь» мимо Земли, поскольку успевают во время падения пролететь «вдоль» поверхности достаточно много, чтобы её не зацепить, а нырнуть за горизонт.
Вот так и летают.
Точнее, вот так и падают вместе со всем содержимым, из-за чего всё содержимое, включая космонавтов, пребывает в невесомости.
Кстати, иногда на МКС невесомость всё-таки становится неполной.На 400 километрах атмосфера Земли довольно разрежена, но всё ещё есть. В результате станция теряет скорость из-за трения об атмосферу и потихоньку снижается. Поскольку же падение её на Землю — это совсем не то, о чём говорили большевики, её временами приходится поднимать на прежнее место при помощи её собственных реактивных двигателей или двигателей специально подосланных космических кораблей.
В эти моменты МКС движется с ускорением, отличным от создаваемого силой тяжести, а потому её содержимое ненадолго обретает вес.
Поднимающий станцию корабль, по сути, толкает низ станции в сторону её содержимого и этот низ с неизбежностью начинает давить на всё, что его касается. По третьему же закону Ньютона, касающееся «пола» содержимое толкает этот «пол» в обратную сторону. А это ведь и есть вес — сила давления на опору. Пусть и получается этот вес столь непривычным способом.
Впрочем, ровно по той же причине ваш вес ненадолго возрастает в стартующем по направлению вверх лифте.
Из рассуждений про брошенный камень видно, что для вечного полёта вокруг Земли достаточно лишь набрать нужную скорость, а после этого двигатели уже можно выключать — дальше оно будет «промахиваться» мимо Земли уже само по себе. Именно поэтому наши космические корабли именно так и летают: иначе никакого топлива не напасёшься.
Одновременно с тем данный эффект является ещё одним отличным доказательством того, что Земля всё-таки не плоская, а что-то типа шара: в ином случае невозможно было бы «зависнуть» над ней с отключёнными двигателями. Шах и мат, плоскоземельщики.
Однако миф о плоской Земле мы всё-таки разбирать не будем. Вместо него взглянем на ещё один миф, связанный с околопланетным движением.
22century.ru
Почему в космосе испытывают состояние невесомости?
Как Вы думаете почему космонавты в космосе испытывают состояние невесомости? Есть большая вероятность что ответите не правильно.
На вопрос, почему предметы и космонавты в условиях космического корабля предстают в состоянии невесомости, многие люди дают такой ответ:
1. В космосе отсутствует сила тяжести, поэтому они ничего не весят.2. Космос — это вакуум, а в вакууме нет силы тяжести.3. Космонавты находятся слишком далеко от поверхности Земли, чтобы на них могла действовать сила её притяжения.
Все эти ответы неверны!
Главное, что нужно понимать это то, что в космосе ЕСТЬ сила тяжести. Это довольно распространенное ошибочное представление. Что удерживает Луну на её орбите вокруг Земли? Сила тяжести. Что удерживает Землю на орбите вокруг Солнца? Сила тяжести. Что не позволяет галактикам разлетаться в разные стороны? Сила тяжести.
Сила тяжести существует в космосе везде!
Если бы вы построили на Земле вышку высотой 370 км (230 миль), приблизительно как высота орбиты космической станции, то сила тяжести, действующая на вас наверху вышки, была бы почти такой же, как и на поверхности земли. Если бы вы решились сделать шаг с вышки, вы бы устремились к Земле точно так же, как это собирается сделать чуть позже в этом году Феликс Баумгартнер (Felix Baumgartner), когда предпримет попытку совершить прыжок с края космоса. (Конечно, при этом мы не учитываем низкие температуры, которые мгновенно начнут вас замораживать, или как отсутствие воздуха или аэродинамического сопротивления будет убивать вас, а падение сквозь слои атмосферного воздуха заставит все части вашего тела испытать на собственном опыте, что такое «содрать три шкуры». И к тому же, внезапная остановка также причинит вам массу неудобств).
Да, так почему же космическая орбитальная станция или спутники, находящиеся на орбите, не падают на Землю, и почему космонавты и окружающие их предметы внутри международной космической станции (МКС) или любого другого космического корабля кажутся плавающими?
Оказывается, все дело в скорости!
Космонавты, сама международная космическая станция (МКС) и другие объекты, находящиеся на земной орбите, не плавают, — на самом деле, они падают. Но они не падают на Землю из-за своей огромной орбитальной скорости. Вместо этого они «падают вокруг» Земли. Объекты на земной орбите должны двигаться со скоростью, по меньшей мере, 28,160 км/ч (17,500 миль в час). Поэтому, как только они ускоряются относительно Земли, сила притяжения Земли сразу же изгибает и уводит траекторию их движения вниз, и они никогда не преодолеют этот минимум сближения с Землей. Поскольку космонавты имеют такое же ускорение, как и космическая станция, они испытывают состояние невесомости.
Случается, что мы тоже можем испытать это состояние — кратковременно — на Земле, в момент падения. Приходилось ли вам бывать на аттракционе «американские горки», когда сразу после прохождения наивысшей точки («вершины горки»), когда тележка уже начинает катиться вниз, ваше тело поднимает c сидения? Если бы вы находились в лифте на высоте стоэтажного небоскреба, и произошел обрыв троса, то пока лифт падал, вы бы парили в невесомости в кабине лифта. Конечно, в этом случае финал оказался бы намного драматичнее.
И потом, вы, вероятно, слышали об аэроплане, обеспечивающем состояние невесомости («Vomit Comet») — аэроплан KC 135, который НАСА использует для создания кратковременных состояний невесомости, для тренировок космонавтов и проверки экспериментов или оборудования в условиях невесомости (zero-G), а также для осуществления коммерческих полетов в невесомости, когда самолет летит по параболической траектории, как в аттракционе «американские горки» (но с большими скоростями и на больших высотах), проходит через вершину параболы и устремляется вниз, то в момент падения самолета создаются условия невесомости. К счастью, самолет выходит из пикирования и выравнивается.
Однако, давайте вернемся к нашей вышке. Если бы вместо обыкновенного шага с вышки вы совершили прыжок с разбега, ваша энергия, направленная вперед, отнесла бы вас далеко от вышки, вместе с тем, сила тяжести снесла бы вас вниз. Вместо того, чтобы приземлиться у основания вышки, вы бы приземлились на расстоянии от неё. Если бы при разбеге вы увеличили скорость, вы смогли бы прыгнуть дальше от вышки, прежде чем достигли бы земли. Ну, а если бы вы могли бегать так же быстро, как движется по орбите вокруг Земли космический корабль многоразового использования и МКС, со скоростью 28,160 км/ч (17,500 миль в час), то дуговая траектория вашего прыжка сделала бы круг вокруг Земли. Вы бы находились на орбите и испытывали состояние невесомости. Но вы бы падали, не достигая поверхности Земли. Правда, скафандр и запасы воздуха, пригодного для дыхания, вам все же понадобились бы. А если бы вы могли бегать со скоростью примерно 40,555 км/ч (25,200 миль в час), вы бы выпрыгнули сразу за пределы Земли и начали вращаться вокруг Солнца.
Международная орбитальная космическая станция, космический корабль многоразового использования («Шаттл»), а также спутники специально спроектированы так, чтобы оставаться на орбите, не падая на землю и не срываясь в космос. Они совершают полный виток вокруг Земли примерно каждые 90 минут.
Поэтому, когда вы на орбите, вы находитесь в состоянии свободного падения и испытываете невесомость.
ТЕПЕРЬ ВЫ ЗНАЕТЕ ВСЕ!!спасибо за внимание.
Источник
www.pravda-tv.ru
Какая сила тяжести в центре земли? Есть ли там невесомость?
Введение
Как мы знаем, массивные тела притягивают другие тела посредством гравитации. Сила тяжести зависит от массы притягивающего тела и расстояния от него. Чем больше масса — тем сильнее сила тяжести, чем больше расстояния до него — тем слабее. Поэтому яблоки падают на землю (большое массивное тело), а не на Луну (правда с Луной большую роль играет расстояние, а не масса). Луна тоже массивное тело, но она дальше от нас, чем Земля. Многие на этом останавливаются, и думают, что обычно так всегда — чем ближе к центру Земли, тем сила тяжести будет становиться больше (согласно формуле закона всемирного тяготения). Но не забывайте, что этот закон работает только с материальными точками — упрощённое представление физических тел, а к реальным телам применима эта формула только с учётом больших расстояний, и чем меньше расстояние, тем больше результаты вычислений будут расходиться с реальной силой тяжести. Земля не так уж и отдалена от нас, чтобы пренебрегать её размерами. Какая сила тяжести будет действовать в центре земли? Или же вообще не будет никакой тяжести — вдруг там невесомость (точнее, гравитация, близкая к нулевой)? На этот вопрос я попробую наглядно ответить.
И так, чтобы понять что же на самом деле происходит с силой тяжести в центре земли нужно рассмотреть эти процессы поподробнее.
Простая школьная физика
Взглянем на то, как рассчитывают в школе силу тяжести — Землю считают за «материальную точку». И по формуле закона всемирного тяготения считают.
Сила между двумя точками 
, сила притяжения одной точки 
. Где F — сила в Ньютонах (можно считать, что это ускорение свободного падения), m - масса тел, r - расстояние, G=6,67428*10^-11 (гравитационная постоянная).
Подставив в эту формулу значение высот (для примера возьмём высоту до луны, до МКС, до поверхности Земли, и 1 км от центра Земли), мы получим следующее:
| км | м | F (м/с) | примечания |
| 390771 | 390771000 | 0,0026108 | до Луны |
| 6754,5 | 6754500 | 8,7382816 | МКС |
| 6371 | 6371000 | 9,8219392 | средний радиус Земли |
| 1 | 1000 | 398668984 | на таком расстоянии скорость свободного падения больше скорости света 299792458 м/с |
Как видно из этих данных, странные числа у центра земли — бесконечность, не иначе! Но это нам говорили в школе — при очень близких расстояниях эта формула неправильно работает. По этому, мы получили числа, похожие на гравитацию возле чёрной дыры.
Если построить график по большему числу точек, то получится так: 
(на графике чем правее, тем ближе к центру Земли, синяя линия показывает силу тяжести)
Метод интерполяции
Тогда, как нам рассчитать силу тяжести в центре земли?
Простая формула для материальной точки не работает, потому что она не учитывает объёма физического тела, а работает лишь с точками. Однако, мы можем использовать эту формулу, если заменим одну материальную точку, представляющую Землю, «облаком» точек. Упрощённо, это всё равно, что поделить землю на несколько частей (как пиццу, или пирог). В этом случае мы не будем приближаться столь близко к одной точке, а вся масса Земли будет распределена равномерно.
Для лучшей точности нужно разбить Землю не на 8 частей, а на 100 и более, и не в плоскости, а в трёх измерениях (x, y, z). Конечно, в ручную я не собираюсь считать так много уравнений, заставим считать компьютер :)
Реальная сила тяжести
Теперь, когда компьютер посчитал силу тяжести по 1000000 материальным точкам, можно взглянуть на результаты в виде графика. 
(на графике чем правее, тем ближе к центру Земли, синяя линия показывает силу тяжести)
Как мы видим, сила тяжести всё возрастает и возрастает, а ближе к центру земли, резко уменьшается. Из этих данных можно сделать вывод, что в центре земли — невесомость!
Другие методы решения
В нашем методе есть два недостатка: во-первых долго рассчитывать, и во-вторых он не очень уж точный. Гораздо лучше воспользоваться другими методами: воспользоваться чем-то вроде интегралов или дифференциалов. Но, для понимания, почему в центре земли — невесомость, вышеизложенного вполне достаточно, и такой метод наглядно показывает, почему так происходит.
В описанном методе погрешности можно уменьшить, взяв большее количество материальных точек. В данном расчёте на погрешности влияли:
- Количество точек и расстояние между ними — чем больше точек, тем меньше погрешность интерполяции. Например, с одной материальной точкой мы бы так и не смогли понять, какая сила тяжести в центре земли.
- Не учтена центробежная сила — вращение Земли вокруг своей оси (а так же солнца, силы взаимодействия луны и так далее, что могло бы уменьшить «силу тяжести» в плоскости экватора, точнее вес, так как он бы складывался из силы тяжести, притягивающей к земле и центробежной силы, «отталкивающей» от земли.
- Строение земли и плотности Земных пород — как минимум нужно учесть плотность разных геосфер. Даже в разных частях земли сила тяжести разная
- Прочие погрешности: точность вычислений, точность исходных данных и так далее (но их влияние настолько мало, что ими можно пренебречь).
Заключение
Не смотря на то, что в центре земли, как мы поняли, невесомость, но давление там очень большое.
Для чего это может пригодиться? Говорят про перемещение сквозь землю типа «лифтов» - здесь можно точнее рассчитать скорость и время для такого перемещения. Можно найти «киноляпы» в фильмах, в которых путешествуют к центру земли. А так же, просто показать, как, иногда, при помощи простой формулы, не работающей со сложными объектами можно применив разделение большого объекта на части и интерполяцию применять её к более сложным объектам.
Попробую сделать небольшое дополнение в скором времени, чтобы вы могли поиграться с графиками прямо на моём сайте.
alexeyk.com
Невесомость - это... Что такое Невесомость?
Невесо́мость — состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует. Иногда можно слышать другое название этого эффекта — микрогравитация. Это название неверно для околоземного полета. Гравитация (сила притяжения) остаётся прежней. Но при полете на больших расстояниях от небесных тел, когда их гравитационное влияние пренебрежимо мало, действительно возникает микрогравитация.
Для понимания сути невесомости можно рассмотреть летящий по баллистической траектории самолёт.
Такие методы применяются для тренировки космонавтов в России и США. В кабине пилота на нитке подвешен грузик, который обычно натягивает нитку вниз (если самолет покоится, либо движется равномерно и прямолинейно). Когда нить, на которой висит шарик, не натянута, имеет место состояние невесомости. Таким образом, пилот должен управлять самолётом так, чтобы шарик висел в воздухе, а нить не была натянута. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение g, направленное вниз. Другими словами, пилоты создают нулевую перегрузку. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа (которая не имеет названия, кроме как "провал в воздухе"). Пилоты резко подают на снижение высоты, при стандартной высоте полета 11 000 метров это и дает требуемые 40 секунд "невесомости"; внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она имеет специальное мягкое покрытие на стенах, чтобы избежать травм при наборе и сбросе высоты. Подобное невесомости чувство человек испытывает при полетах рейсами гражданской авиации при посадке. Однако в целях безопасности полета и большой нагрузки на конструкцию самолета, гражданская авиация сбрасывает высоту совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полета в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). Т.е. спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир на несколько секунд ощущает, что его отрывает от кресла вверх. (Такое же чувство знакомо и автомобилистам, знакомыми с трассами, проходящими по крутым холмам, когда машина начинает съезжать с верхушки вниз) Утверждения, что самолет для создания кратковременной невесомости выполняет фигуры высшего пилотажа типа "петли Нестерова" - не более чем миф. Тренировки выполняются в слегка модифицированных серийных машинах пассажирского или грузового класса, для которых фигуры высшего пилотажа и подобные режимы полета являются закритическими и могут привести к разрушению машины в воздухе или быстрому усталостному разрушению несущих конструкций.Особенности деятельности человека и работы техники в условиях невесомости
В условиях невесомости на борту космического аппарата многие физические процессы (конвекция, горение и т.д.) протекают иначе, чем на Земле. Отсутствие силы тяжести, в частности, требует специальной конструкции таких систем как душ, туалет, системы разогрева пищи, вентиляции и т.д. Во избежание образования застойных зон, где может скапливаться углекислый газ, и для обеспечения равномерного смешивания теплого и холодного воздуха, на МКС, например, установлено большое количество вентиляторов. Прием пищи и питьё, личная гигиена, работа с оборудованием и в целом обычные бытовые действия также имеют свои особенности и требуют от космонавта выработки привычки и нужных навыков.
Влияние невесомости неизбежно учитывается в конструкции жидкостного ракетного двигателя, предназначенного для запуска в невесомости. Жидкие компоненты топлива в баках ведут себя точно так же, как и любая жидкость (образуют жидкие сферы). По этой причине подача жидких компонентов из баков в топливные магистрали может стать невозможной. Для компенсации такого эффекта применяется специальная конструкция баков (с разделителями газовой и жидкой сред), а также - процедура осадки топлива перед запуском двигателя. Такая процедура состоит во включении вспомогательных двигателей корабля на разгон; создаваемое ими небольшое ускорение осаживает жидкое топливо на днище бака, откуда система подачи направляет топливо в магистрали.
Воздействие невесомости на организм человека
При переходе из условий земной гравитации к условиям невесомости (в первую очередь- при выходе космического корабля на орбиту), у большинства космонавтов наблюдается реакция организма, называемая синдромом космической адаптации.
При длительном (несколько недель и более) пребывании человека в космосе отсутствие гравитации начинает вызывать в организме определённые изменения, носящие негативный характер.[1]
Первое и самое очевидное последствие невесомости — стремительное атрофирование мышц: мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате падают все физические характеристики организма.[1] Кроме того, следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода, и из-за возникающего избытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего его (гемоглобин).[1]
Также есть основания полагать, что ограничение подвижности нарушит фосфорный обмен в костях, что приведёт к снижению их прочности.[1]
Вес и гравитация
Довольно часто исчезновение веса путают с исчезновением гравитационного притяжения. Это не так. В качестве примера можно привести ситуацию на Международной космической станции (МКС). На высоте 350 километров (высота нахождения станции) ускорение свободного падения имеет значение 8,8 м/с², что всего лишь на 10 % меньше, чем на поверхности Земли. Состояние невесомости на МКС возникает не из-за «отсутствия гравитации», а за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, то есть космонавты как-бы постоянно «падают вперед» со скоростью 7,9 км/с.
Невесомость на Земле
На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по параболической (а на самом деле — баллистической, то есть такой, по которой летел бы самолет под воздействием одной лишь силы земного притяжения; эта траектория является параболой лишь при небольших скоростях движения; для спутника это эллипс, окружность или гипербола) траектории. Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.
Ссылки
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 Человек живёт в космосе (космическая психология)
dik.academic.ru
На каком расстоянии от земли, кончается притяжение?
Упрощенно говоря, 1.5 млн км. Это расстояние до точек Лагранжа L1 и L2 системы Солнце-Земля. Если чуть менее упрощенно, внутри них орбита спутника будет устойчивой, а дальше станет гелиоцентрической. Что характерно, притяжение Солнца становится сильнее земного притяжения уже на 260 тыс км, т. е. на 2/3 расстояния до Луны. Тем не менее Луна остается на орбите Земли средним радиусом около 384 тыс км, хоть Солнце и притягивает ее к себе сильнее! Полтора миллиона - это еще в 4 раза дальше. Если копать глубже, то спутники на орбитах высотой в сотни тысяч км испытывают большие возмущения от Луны и Солнца. Они могут быть либо выброшены в Солнечную систему, перестав быть спутниками Земли, либо упасть на Землю или на Луну. Ну а если уж вникать в совсем глубокие дебри, то могут существовать объекты, которые периодически становятся то околоземными, то околосолнечными. Причем как естественные (астероиды) , так и искусственные (ступени ракет, межпланетные космические аппараты).
вообще то притяжение не кончается... но, если упасть с оооочень большой высоты то для вас кончится не только притяжение:)
Если Луна к нам притянута, а формулу не помню
Это обычная арифметика - подставь цифры в формулу Закона Ньютона и подсчитай с калькулятором
Оно уменьшается в зависимости от квадрата расстоянияния. Так что оно просто бесконечно уменьшается?
Дело не в расстоянии, а в скорости спутника. Есть понятие третьей космической скорости (для Земли это что-то около 11 км/с), когда спутник способен преодолеть земное притяжение. Межпланетные аппараты уходят именно с такой скоростью.
touch.otvet.mail.ru
Проект 4. На Луну в комфортных условиях
Невесомость
Некоторые далекие от космонавтики люди считают, что невесомость — это легкое и приятное состояние, испытать которое — одно удовольствие. У космонавтов на сей счет другое мнение: невесомость — штука очень неприятная: человек, находящийся в состоянии невесомости, испытывает примерно такие же ощущения, как человек, провисевший минут пять на турнике вниз головой. А находиться в таком состоянии несколько часов и уж тем более суток под силу только очень здоровым и специально тренированным людям. Не случайно в космонавты отбирают только очень крепких физически людей.
При длительном пребывании на орбите космонавтам необходимы постоянные тщательно разработанные физические упражнения. Если их не делать или делать недостаточно, то при возвращении на Землю космонавту может стать очень плохо.
В первые годы освоения околоземного пространства, когда влияние невесомости на человеческий организм было еще недостаточно изучено, космонавты после двухнедельного полета чувствовали себя ужасно: они не могли ни стоять, ни сидеть, ни даже спать. Весь день они лежали во взвешенном состоянии в специальном бассейне с теплой водой — только в таком состоянии они чувствовали себя нормально. Даже просто лежать на очень мягком матрасе им было тяжело. На полное восстановление организма после полета уходило несколько месяцев.
А теперь давайте разберемся, почему же в космическом полете возникает невесомость?
Рассмотрим космонавта, находящегося в кабине космического корабля, который движется с выключенными двигателями недалеко от Земли (рис. 4.1).
На космонавта действует сила тяжести 
, где 
— ускорение свободного падения на высоте h. Предположим, что на космонавта еще действует сила реакции 
. Под действием этих двух сил и космонавт (вместе с кораблем) движется с ускорением , как и всякое свободно падающее тело. Тогда по второму закону Ньютона:
То есть сила реакции опоры равна нулю, а значит, по третьему закону Ньютона равен нулю и вес космонавта.
И, заметьте, наши рассуждения никак не зависят от направления и величины скорости спутника, поэтому космонавты, летящие в направлении Луны в корабле с выключенными двигателями, будут находиться именно в таком состоянии.
Как избежать невесомости?
Инженер убежден, что невесомость в космическом полете неизбежна. Так ли это? На самом деле невесомости легко избежать. Надо просто двигаться с постоянной скоростью относительно Земли, и всё! Тогда ситуация внутри корабля будет такая же, как в лифте, поднимающемся (опускающемся) с постоянной скоростью: вес будет равен силе тяжести. Правда, величина силы тяжести по мере удаления от Земли будет постепенно убывать, то есть все тела будут становиться всё менее и менее «весомыми».
Каким же образом можно обеспечить равномерное движение ракеты?
Тут наш Профессор не ошибся: дело, конечно, в двигателе. Всё очень просто: надо иметь постоянно работающий реактивный двигатель. Причем реактивная сила должна в точности равняться по величине результирующей силе гравитационного притяжения со стороны Земли и Луны, поэтому по мере удаления от Земли силу тяги надо постепенно уменьшать.
Когда до Луны останется примерно одна десятая часть пути, двигатель можно на короткое время выключить, так как в этой точке сила земного тяготения уравновешивается силой лунного тяготения. На мгновение наступит невесомость. Но вскоре после этого лунное тяготение начнет преобладать над земным. Чтобы сохранить скорость постоянной, нужно будет развернуть ракету соплом к Луне и тормозить. Сила тяги должна быть равна силе притяжения Луны (за вычетом остатков земного тяготения). По мере приближения к Луне будет увеличиваться сила притяжения к Луне, а значит, придется увеличивать и силу тяги; все тела в корабле снова постепенно будут обретать вес. Вблизи поверхности Луны этот вес будет равен примерно одной шестой части земного веса.
Итак, барон Мюнхаузен прав: полет до Луны можно осуществить с комфортом без больших перегрузок и почти без невесомости. Такие условия может выдержать любой нетренированный человек.
Почему же современные корабли летают иначе?
А именно: с сильной перегрузкой на активном участке полета (когда работают двигатели) и с полной невесомостью на орбите? Только из-за необходимости экономить топливо. Самый неэкономичный вариант движения к Луне — это движение с малой постоянной скоростью. Эту ситуацию можно вообще довести до абсурда: пусть ракета зависнет над Землей неподвижно: в этом случае расход топлива налицо, а продвижение к Луне — нуль!
Наиболее экономичный способ полета — это пушечный выстрел: в этом случае вся энергия, запасенная в топливе, сразу передается кораблю, и не приходится тратить энергию на подъем над Землей еще не сгоревшего топлива. Но это другая крайность: при выстреле из пушки ускорение снаряда будет столь велико, что никакой космонавт, находящийся внутри, не сможет остаться живым.
Сейчас в космонавтике применяется компромиссный вариант: на активном участке полета космонавт подвергается большим перегрузкам, но в пределах допустимых, а затем наступает невесомость до того момента, когда ракета начнет торможение.
Оценим время полета
Теперь остановимся на вопросе о времени полета, который так заинтересовал нашего Бизнесмена. Теоретически это время можно сделать почти любым: от нескольких секунд до нескольких лет. Всё зависит, с одной стороны, от возможностей ракетного двигателя, а с другой стороны, от предельно допустимых перегрузок космонавтов.
Сделаем небольшой оценочный расчет для времени движения по маршруту «Земля—Луна» в комфортных условиях. Расстояние от Земли до Луны — примерно 384 400 км. Допустим, мы будем разгонять нашу ракету на старте с ускорением 4 м/c2 (это совсем небольшая перегрузка: вес каждого пассажира на старте увеличится всего на 40%). Тогда для разгона до скорости 10 км в секунду нам понадобится всего 42 минуты. Затем в течение примерно 9 часов последует полет с постоянной скоростью и еще примерно 40 мин на торможение с таким же ускорением (для более точного расчета надо еще учитывать скорость движения Луны по орбите вокруг Земли).
Общее время на это увлекательное путешествие составит около 11 часов — примерно столько же, сколько требуется на беспосадочный перелет по маршруту «Москва — Владивосток» на самолете Ил-86!
Далее: Проект 5. Скоростной спутник Земли
elementy.ru
