Greutate

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Greutatea este starea pe care un corp o experimentează în cădere liberă. În teoria Newtoniană a gravitației, un observator solidar cu obiectul în cădere liberă nu este inerțial, forțele aparente datorate neinerțialității sistemului de referință echilibrează forța gravitației și rezultanta forțelor este zero. În schimb, teoriile moderne ale gravitației (în mod specific, relativitatea generală ) încorporează principiul echivalenței ; aceasta afirmă că nu este posibil să se facă distincția între forțele gravitaționale și forțele aparente. Cu alte cuvinte, în descrierea relativistă, forța de greutate este ea însăși o forță aparentă, iar observatorul inerțial este cel în cădere liberă [1] .

Astronauții Stației Spațiale Internaționale oferă un exemplu de imponderabilitate. În prim-plan, Michael Foale este vizibil, efectuând câteva exerciții fizice.

De exemplu, un proiectil tras dintr-un tun (dacă fricțiunea aerului poate fi neglijată) este în cădere liberă, la fel ca și o stație spațială pe orbită (cu ocupanții săi). Liniile lumii ale acestor obiecte, ale căror proiecții pe spațiul tridimensional sunt o parabolă și o orbită eliptică , sunt geodezice pentru metrica spațiu-timp care reprezintă câmpul gravitațional din jurul Pământului .

Puteți experimenta greutatea într-un avion dacă parcurge o traiectorie parabolică care o imită pe cea a unui obiect care cade liber. În acest scop se utilizează aeronave pregătite special pentru aceste zboruri, cum ar fi, de exemplu, Boeing 727-700 și C-9 al NASA .

Zboruri parabolice

Zborurile parabolice vă permit să simulați greutatea utilizând metoda căderii libere chiar și în prezența unei atmosfere.

Zborul este în mod ideal împărțit în trei faze.

  1. Avionul urcă la 45 °, timp de aproximativ 30 de secunde, cu o accelerație puternică: pasagerii sunt presați de scaunele lor și greutatea lor crește în comparație cu cea măsurată la sol, deoarece forța de atracție gravitațională se adaugă la cea datorată accelerării avionul în sus.
  2. Pilotul nu mai alimentează motoarele aeronavei. Din acest moment, atât avionul, cât și pasagerii sunt supuși doar forței gravitaționale. Avionul continuă să urce câteva secunde, descriind o parabolă: deja în această fază pasagerii simt greutatea, deoarece atât ei, cât și avionul sunt atrași de aceeași forță gravitațională. Odată atins punctul de înălțime maximă, avionul continuă să-și descrie parabola, începând faza de cădere liberă către sol timp de 20-30 de secunde: în timpul acestei faze, pasagerii plutesc în avion.
  3. Pilotul revine la alimentarea motoarelor, recâștigând controlul avionului și, după un anumit interval, este gata să repete ciclul.

În realitate, întrucât ne mișcăm în atmosfera terestră, trebuie să ținem cont de fricțiunea care se manifestă întotdeauna ca o forță opusă direcției mișcării, producând astfel o greutate, atât în ​​momentul ascensiunii, cât și în cel al coborârii.

Pentru a permite o traiectorie similară cu cea în cădere liberă, pilotul aeronavei este obligat să echilibreze forța de frecare cu motoarele, permițând astfel echipajului aeronavei să sufere o atracție gravitațională aproape constantă în timpul fazei de coborâre. o lipsă aproape totală de greutate.

Avioane NASA C-9

C-9 al NASA , cunoscut și sub numele de Vomit Comet (un nume dat de fapt nu numai C-9, ci oricărui tip de aeronavă capabilă să facă disponibil un mediu fără greutate), se bazează pe Lyndon B. Johnson Space Center . Realizează zboruri parabolice producând greutate pentru perioade de aproximativ 25 s cu zboruri de obicei de două ore, timp în care sunt descrise 40 de parabole.

Zero Gravity Corporation

G-Force One

Zero Gravity este o companie cu sediul în Viena (Virginia) . Folosește o versiune modificată a Boeing 727-200 , redenumită G-Force One, care efectuează zboruri parabolice similare cu cele ale NASA [2] .

Airbus A300 al Agenției Spațiale Europene

ESA,Agenția Spațială Europeană , efectuează zboruri parabolice pe o versiune modificată a Airbus A300 , a companiei franceze Novespace , cu sediul pe aeroportul Bordeaux - Merignac .

Microgravitatea în sens strict

Termenul de microgravitate se referă la faptul că, chiar și acolo unde ne-am aștepta în mod ideal la o greutate perfectă, acest lucru, de fapt, nu se întâmplă. Cu alte cuvinte, chiar și în sistemele în care se așteaptă ca greutatea să fie zero, există de fapt mici abateri de la condiția ideală care determină corpurile să aibă valori de greutate mici.

În cazul unei nave spațiale care orbitează Pământul, microgravitația se poate datora următorilor factori.

  • Deoarece Forța Gravitațională este radială, se întâmplă ca obiectele aflate pe orbită la distanțe diferite de centrul Pământului să aibă viteze radiale diferite. Aceasta implică faptul că dacă o persoană pe orbită (care are o singură viteză radială) și-ar pune picioarele spre Pământ, picioarele sale ar fi atrase cu mai multă forță decât capul său, cf. forțele mareelor .
  • Toate obiectele din interior, având o masă, se atrag reciproc, dacă masa este localizată (nu suntem în condițiile teoremei lui Gauss), aceasta poate genera un rezultat diferit de zero și, prin urmare, poate fi măsurabilă.
  • Se constată că corpurile din interiorul navei spațiale au propriul lor plan orbital . Planul orbital înseamnă, evident, planul care conține traiectoria descrisă de corp. Planul orbital al navei spațiale este cel care trece prin centrul Pământului și care conține traiectoria sa orbitală. Corpurile care sunt „ deasupra ” au propriul lor plan orbital paralel cu și deasupra planului orbital al navei spațiale, în timp ce, pe de altă parte, cele care sunt „ dedesubt ” au propriul lor plan orbital paralel cu și sub planul orbital al spațiu navei spațiale. Corpurile care nu sunt legate de structură și, prin urmare, libere să plutească, care se află în afara planului ideal dat de cel al navei spațiale, sunt direcționate către acel plan, adică sunt direcționate către linia centrală a navei spațiale. De asemenea, în acest caz, un proiect se materializează pe corpurile „în afara planului ”, percepute ca greutate.
  • În interiorul stațiilor spațiale orbitale, există microgravitație cu efecte similare gravitației zero, dar absența gravitației aparente se datorează numai componentei verticale g descendente, care este identică cu forța de greutate g a Pământului la acea altitudine; această componentă este generată de traiectoria orbitală în cădere lentă în timpul orbitelor din jurul Pământului, precum și în planurile care sunt utilizate pentru experimentele în microgravitație la altitudini considerabil mai mici.

Simbolul µg , care indică microgravitația, a fost folosit în emblema nefericitei misiuni STS-107 a Navetei Spațiale Columbia : misiunea a avut ca obiectiv efectuarea de cercetări privind microgravitatea.

Efecte asupra organismului

Subliniată și mai mult prin înființarea de stații orbitante care pot fi locuite pentru perioade lungi de timp de către oameni, expunerea la imponderabilitate a relevat unele efecte negative asupra sănătății. Omul s-a adaptat bine condițiilor de viață de pe Pământ: în absența greutății, însă, anumite sisteme fiziologice încep să se modifice și acest lucru poate provoca probleme de sănătate temporare sau chiar pe termen lung.

Primele fenomene cu care se confruntă omul, după primele câteva ore în greutate, se numesc sindrom de adaptare spațială (sau SAS), mai frecvent numit boală spațială . Simptomele includ greață , cefalee , letargie , vărsături și stare generală de rău. Primul caz a fost raportat de cosmonautul Gherman Titov în 1961 . De atunci, aproximativ 45% dintre persoanele care s-au trezit în greutate au suferit de această afecțiune inițială. Durata bolii spațiale variază, dar în nici un caz nu depășește 72 de ore: după această fază, astronauții se obișnuiesc cu noul mediu. NASA măsoară SAS folosind scara Garn, numită după senatorul american Jake Garn , al cărui SAS a fost atât de pronunțat în timpul misiunii STS-51-D a navetei spațiale încât a ajuns la nivelul 13 pe această scară.

Cele mai semnificative efecte ale greutății prelungite sunt atrofia musculară și deteriorarea scheletului, cunoscută și sub numele de osteopenie spațială: aceste efecte pot fi reduse la minimum cu exercițiile fizice. Alte efecte semnificative includ redistribuirea fluidelor, încetinirea sistemului cardiovascular, producția redusă de celule roșii din sânge , disfuncția echilibrului și un sistem imunitar slăbit. Simptomele minore includ pierderea masei corporale, congestie nazală, tulburări de somn , flatulență excesivă și umflături faciale. Aceste efecte sunt reversibile odată ce se întorc pe Pământ.

Multe dintre condițiile cauzate de expunerea la greutate sunt similare cu cele rezultate din îmbătrânire. Oamenii de știință cred că studiile asupra efectelor dăunătoare ale greutății se pot dovedi utile în domeniul medical, ducând la un posibil tratament al osteoporozei și la îmbunătățirea îngrijirii pacienților cu pat la vârstă și a persoanelor în vârstă.

Notă

  1. ^ Un observator în cădere liberă experimentează imponderabilitatea, dar, cu toate acestea, în prezența unui câmp gravitațional, el observă încă accelerații relative între corpuri ( forțe de maree ), datorită faptului că atunci când curbura spațiului-timp nu este nimic, două corpuri cad de-a lungul traiectoriilor geodezice distincte nu rămân la o distanță constantă. Acest fenomen se numește deviație geodezică .
  2. ^ Zero G Corporation , la gozerog.com . Adus la 6 august 2011 (arhivat din original la 21 iulie 2011) .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității NDL ( EN , JA ) 00567953