Selfs 'n persoon wat geen belangstelling in die ruimte het nie, het al ooit 'n fliek oor ruimtereise gesien of oor sulke dinge in boeke gelees. In byna al sulke werke loop mense om die skip, slaap normaal en ondervind nie probleme met eet nie. Dit beteken dat hierdie - fiktiewe - skepe kunsmatige swaartekrag het. Die meeste kykers beskou dit as iets heeltemal natuurlik, maar dit is glad nie.
kunsmatige swaartekrag
Dit is die naam van die verandering (in enige rigting) van swaartekrag wat aan ons bekend is deur verskeie metodes toe te pas. En dit word nie net in fantastiese werke gedoen nie, maar ook in baie werklike aardse situasies, meestal vir eksperimente.
In teorie lyk die skepping van kunsmatige swaartekrag nie so moeilik nie. Dit kan byvoorbeeld herskep word met behulp van traagheid, meer presies, sentrifugale krag. Die behoefte aan hierdie krag het nie gister ontstaan nie - dit het dadelik gebeur, sodra 'n persoon van langtermyn-ruimtevlugte begin droom het. Skeppingkunsmatige swaartekrag in die ruimte sal dit moontlik maak om baie probleme wat ontstaan tydens langdurige verblyf in gewigloosheid te vermy. Die ruimtevaarders se spiere verswak, die bene word minder sterk. As jy maande lank in sulke toestande reis, kan jy atrofie van sommige spiere kry.
Dus, vandag is die skepping van kunsmatige swaartekrag 'n taak van uiterste belang, ruimteverkenning sonder hierdie vaardigheid is eenvoudig onmoontlik.
Materials
Selfs diegene wat fisika net op die vlak van die skoolkurrikulum ken, verstaan dat swaartekrag een van die fundamentele wette van ons wêreld is: alle liggame is in wisselwerking met mekaar en ervaar wedersydse aantrekkingskrag/afstoting. Hoe groter die liggaam, hoe groter is sy aantrekkingskrag.
Aarde vir ons werklikheid is 'n baie massiewe voorwerp. Daarom word alle liggame om haar sonder uitsondering daartoe aangetrokke.
Vir ons beteken dit die versnelling van vrye val, wat gewoonlik in g gemeet word, gelykstaande aan 9,8 meter per vierkante sekonde. Dit beteken dat as ons geen ondersteuning onder ons voete gehad het nie, ons teen 'n spoed sou val wat elke sekonde met 9,8 meter toeneem.
Dus, net danksy swaartekrag kan ons normaalweg staan, val, eet en drink, verstaan waar bo is, waar onder is. As swaartekrag verdwyn, sal ons in nul swaartekrag wees.
Ruimvaarders wat hulself in die ruimte bevind in 'n toestand van stygende - vrye val is veral bekend met hierdie verskynsel.
Teoreties weet wetenskaplikes hoe om kunsmatige swaartekrag te skep. Bestaanverskeie tegnieke.
Big Mass
Die mees logiese opsie is om die ruimteskip so groot te maak dat dit kunsmatige swaartekrag het. Dit sal moontlik wees om gemaklik op die skip te voel, aangesien oriëntasie in die ruimte nie verlore sal gaan nie.
Ongelukkig is hierdie metode met die moderne ontwikkeling van tegnologie onrealisties. Om so 'n voorwerp te bou, verg te veel hulpbronne. Boonop sal dit ongelooflik baie energie verg om dit op te lig.
Bespoedig
Dit wil voorkom asof jy g gelyk aan die aarde s'n wil bereik, jy net die skip 'n plat (platform) vorm moet gee en dit loodreg op die vlak met die verlangde versnelling laat beweeg. Op hierdie manier sal kunsmatige swaartekrag verkry word, en ideaal.
Die werklikheid is egter baie meer ingewikkeld.
In die eerste plek is dit die moeite werd om die brandstofkwessie te oorweeg. Om die stasie voortdurend te laat versnel, is dit nodig om 'n ononderbroke kragtoevoer te hê. Selfs as daar skielik 'n enjin verskyn wat nie materie uitstoot nie, sal die wet van behoud van energie van krag bly.
Die tweede probleem is die idee van konstante versnelling. Volgens ons kennis en fisiese wette is dit onmoontlik om tot oneindig te versnel.
Boonop is sulke voertuie nie geskik vir navorsingsmissies nie, aangesien hulle voortdurend moet versnel - vlieg. Hy sal nie kan stop om die planeet te bestudeer nie, hy sal nie eers stadig om dit kan vlieg nie – hy moet versnel.
SoDit word dus duidelik dat sulke kunsmatige swaartekrag nog nie vir ons beskikbaar is nie.
Carousel
Almal weet hoe die draai van die karrousel die liggaam beïnvloed. Daarom blyk 'n kunsmatige swaartekragtoestel volgens hierdie beginsel die mees realistiese te wees.
Alles wat in die deursnee van die karrousel is, is geneig om daaruit te val teen 'n spoed wat ongeveer gelyk is aan die spoed van rotasie. Dit blyk dat 'n krag op die liggaam inwerk, gerig langs die radius van die roterende voorwerp. Dit is baie soortgelyk aan swaartekrag.
Dus, jy het 'n skip nodig wat 'n silindriese vorm het. Terselfdertyd moet dit om sy as draai. Terloops, kunsmatige swaartekrag op 'n ruimteskip, geskep volgens hierdie beginsel, word dikwels in wetenskapfiksie films vertoon.
Vatvormige skip, wat om die lengte-as draai, skep 'n sentrifugale krag, waarvan die rigting ooreenstem met die radius van die voorwerp. Om die resulterende versnelling te bereken, moet jy die krag deur die massa deel.
Dit sal nie moeilik wees vir mense wat fisika ken om dit te bereken nie: a=ω²R.
In hierdie formule is die resultaat van die berekening die versnelling, die eerste veranderlike is die nodale spoed (gemeet in radiale per sekonde), die tweede is die radius.
Volgens hierdie, om die gewone g te verkry, is dit nodig om die hoeksnelheid en radius van ruimtevervoer korrek te kombineer.
Hierdie probleem word gedek in films soos "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" en dies meer. In al hierdie gevallekunsmatige swaartekrag is naby die Aarde se vryvalversnelling.
Maak nie saak hoe goed die idee is nie, dit is nogal moeilik om dit te implementeer.
Probleme van die karrouselmetode
Die mees ooglopende probleem word uitgelig in A Space Odyssey. Die radius van die "ruimtedraer" is ongeveer 8 meter. Om 'n versnelling van 9,8 te kry, moet die rotasie teen 'n tempo van ongeveer 10,5 omwentelinge elke minuut plaasvind.
By die aangeduide waardes word die “Coriolis-effek” gemanifesteer, wat bestaan uit die feit dat verskillende kragte op verskillende afstande van die vloer af inwerk. Dit hang direk af van die hoeksnelheid.
Dit blyk dat kunsmatige swaartekrag in die ruimte geskep sal word, maar te vinnige rotasie van die omhulsel sal lei tot probleme met die binneoor. Dit veroorsaak weer wanbalanse, probleme met die vestibulêre apparaat en ander soortgelyke probleme.
Die ontstaan van hierdie versperring dui daarop dat so 'n model uiters onsuksesvol is.
Jy kan probeer om van die teenoorgestelde te gaan, soos hulle in die roman "The World-Ring" gedoen het. Hier word die skip in die vorm van 'n ring gemaak, waarvan die radius naby die radius van ons wentelbaan is (sowat 150 miljoen km). By hierdie grootte is sy rotasiespoed genoeg om die Coriolis-effek te ignoreer.
Jy kan aanvaar dat die probleem opgelos is, maar dit is glad nie so nie. Die feit is dat 'n volledige rotasie van hierdie struktuur om sy as 9 dae neem. Dit maak dit moontlik om te aanvaar dat die vragte te groot sal wees. Ten eindedie konstruksie het hulle deurstaan, 'n baie sterk materiaal is nodig, wat ons nie vandag tot ons beskikking het nie. Boonop is die probleem die hoeveelheid materiaal en die bouproses self.
In speletjies met 'n soortgelyke tema, soos in die film "Babilon 5", word hierdie probleme op een of ander manier opgelos: die rotasiespoed is redelik voldoende, die Coriolis-effek is nie betekenisvol nie, dit is hipoteties moontlik om so 'n skip te skep.
Selfs sulke wêrelde het egter 'n nadeel. Sy naam is momentum.
Die skip, wat om sy as draai, verander in 'n groot giroskoop. Soos u weet, is dit uiters moeilik om die giroskoop van die as te laat afwyk as gevolg van die hoekmomentum. Dit is belangrik dat die hoeveelheid daarvan nie die stelsel verlaat nie. Dit beteken dat dit baie moeilik sal wees om die rigting vir hierdie voorwerp te bepaal. Hierdie probleem kan egter opgelos word.
probleemoplossing
Kunsmatige swaartekrag op 'n ruimtestasie word beskikbaar wanneer die "O'Neill-silinder" tot die redding kom. Om hierdie ontwerp te skep, is identiese silindriese skepe nodig, wat langs die as verbind is. Hulle moet in verskillende rigtings draai. Die resultaat van hierdie samestelling is nul-hoekmomentum, so daar behoort geen probleme te wees om die skip die verlangde rigting te gee nie.
As dit moontlik is om 'n skip met 'n radius van ongeveer 500 meter te maak, dan sal dit presies werk soos dit moet. Terselfdertyd sal kunsmatige swaartekrag in die ruimte redelik gemaklik en geskik wees vir lang vlugte op skepe of navorsingstasies.
Space Engineers
Hoe om kunsmatige swaartekrag te skep, is bekend aan die skeppers van die speletjie. In hierdie fantasiewêreld is swaartekrag egter nie die wedersydse aantrekking van liggame nie, maar 'n lineêre krag wat ontwerp is om voorwerpe in 'n gegewe rigting te versnel. Die aantrekkingskrag hier is nie absoluut nie, dit verander wanneer die bron herlei word.
Kunsmatige swaartekrag op die ruimtestasie word geskep deur 'n spesiale kragopwekker te gebruik. Dit is eenvormig en ewe rigting in die area van die kragopwekker. Dus, in die regte wêreld, as jy getref word deur 'n skip wat 'n kragopwekker geïnstalleer het, sal jy na die romp getrek word. In die speletjie sal die held egter val totdat hy die omtrek van die toestel verlaat.
Vandag is kunsmatige swaartekrag in die ruimte, geskep deur so 'n toestel, ontoeganklik vir die mensdom. Selfs grys hare ontwikkelaars hou egter nie op om daaroor te droom nie.
Sferiese kragopwekker
Dit is 'n meer realistiese weergawe van die toerusting. Wanneer dit geïnstalleer is, het swaartekrag 'n rigting na die kragopwekker. Dit maak dit moontlik om 'n stasie te skep waarvan die swaartekrag gelyk sal wees aan die planetêre een.
Sentrifuge
Vandag word kunsmatige swaartekrag op aarde in verskeie toestelle gevind. Hulle is hoofsaaklik gebaseer op traagheid, aangesien hierdie krag deur ons gevoel word soortgelyk aan gravitasie-effekte - die liggaam onderskei nie wat versnelling veroorsaak nie. As voorbeeld: 'n persoon wat in 'n hysbak opgaan, ervaar die effek van traagheid. Deur die oë van 'n fisikus: die opheffing van 'n hysbak dra by tot die versnelling van vrye val die versnelling van die motor. By terugkeerkajuite na 'n gemete beweging "toename" in gewig verdwyn, die terugkeer van die gewone sensasies.
Wetenskaplikes stel al lank in kunsmatige swaartekrag belang. Die sentrifuge word die meeste vir hierdie doeleindes gebruik. Hierdie metode is nie net geskik vir ruimtetuie nie, maar ook vir grondstasies waarin dit vereis word om die effek van swaartekrag op die menslike liggaam te bestudeer.
Studie op aarde, doen aansoek in…
Hoewel die studie van swaartekrag vanuit die ruimte begin het, is dit 'n baie alledaagse wetenskap. Selfs vandag het prestasies op hierdie gebied hul toepassing gevind, byvoorbeeld in medisyne. Om te weet of dit moontlik is om kunsmatige swaartekrag op die planeet te skep, kan 'n mens dit gebruik om probleme met die motoriese apparaat of senuweestelsel te behandel. Boonop word die studie van hierdie krag hoofsaaklik op Aarde uitgevoer. Dit maak dit vir ruimtevaarders moontlik om eksperimente uit te voer terwyl hulle onder die noue aandag van dokters bly. Nog iets is kunsmatige swaartekrag in die ruimte, daar is nie mense daar wat ruimtevaarders kan help in geval van 'n onvoorsiene situasie nie.
Gegewe totale gewigloosheid, kan 'n mens nie 'n satelliet in 'n lae Aarde-baan in ag neem nie. Hierdie voorwerpe, al is dit in 'n klein mate, word deur swaartekrag beïnvloed. Die swaartekrag wat in sulke gevalle opgewek word, word mikroswaartekrag genoem. Werklike swaartekrag word slegs ervaar in 'n apparaat wat teen 'n konstante spoed in die buitenste ruimte vlieg. Die menslike liggaam voel egter nie hierdie verskil nie.
Jy kan gewigloosheid ervaar tydens 'n verspring (voordat die afdak oopmaak) of tydens 'n paraboliese afkoms van die vliegtuig. Sulke eksperimenteword dikwels in die VSA opgevoer, maar op 'n vliegtuig duur hierdie gevoel net 40 sekondes - dit is te kort vir 'n volledige studie.
In die USSR het hulle in 1973 geweet of dit moontlik was om kunsmatige swaartekrag te skep. En dit nie net geskep nie, maar ook op een of ander manier verander. 'n Aanskoulike voorbeeld van 'n kunsmatige afname in swaartekrag is droë onderdompeling, onderdompeling. Om die gewenste effek te bereik, moet jy 'n digte film op die oppervlak van die water plaas. Die persoon word bo-op dit geplaas. Onder die gewig van die liggaam sink die liggaam onder water, net die kop bly bo. Hierdie model demonstreer die lae swaartekragondersteuning wat in die see gevind word.
Dit is nie nodig om die ruimte in te gaan om die effek van die teenoorgestelde krag van gewigloosheid – hipergravitasie – te voel nie. Wanneer jy 'n ruimtetuig in 'n sentrifuge opstyg en land, kan jy nie net die oorlading voel nie, maar dit ook bestudeer.
Gravity treatment
Gravitasiefisika bestudeer onder andere die impak van gewigloosheid op die menslike liggaam, met die doel om die gevolge te minimaliseer. 'n Groot aantal prestasies van hierdie wetenskap kan egter nuttig wees vir gewone inwoners van die planeet.
Dokters plaas groot hoop op navorsing oor die gedrag van spierensieme in miopatie. Dit is 'n ernstige siekte wat tot vroeë dood lei.
Met aktiewe fisiese oefeninge gaan 'n groot hoeveelheid van die ensiem kreatinofosfokinase die bloed van 'n gesonde persoon binne. Die rede vir hierdie verskynsel is nie duidelik nie, miskien werk die las op die selmembraan op so 'n manier dat dit"perforeer". Pasiënte met miopatie kry dieselfde effek sonder oefening. Waarnemings van ruimtevaarders toon dat in gewigloosheid die vloei van die aktiewe ensiem in die bloed aansienlik verminder word. Hierdie ontdekking dui daarop dat die gebruik van onderdompeling die negatiewe impak van faktore wat tot miopatie lei, sal verminder. Dieretoetse is tans aan die gang.
Behandeling van sommige siektes word reeds vandag uitgevoer met behulp van data verkry uit die studie van swaartekrag, insluitend kunsmatige. Byvoorbeeld, serebrale gestremdheid, beroertes, Parkinson's word behandel deur gebruik te maak van laaipakke. Navorsing oor die positiewe impak van die ondersteuning - die pneumatiese skoen is amper voltooi.
Sal ons na Mars vlieg?
Die jongste prestasies van ruimtevaarders gee hoop vir die realiteit van die projek. Daar is ondervinding van mediese ondersteuning vir 'n persoon tydens 'n lang verblyf weg van die Aarde. Navorsingsvlugte na die Maan, waarop die swaartekrag 6 keer minder as ons eie is, het ook baie voordele ingehou. Nou stel ruimtevaarders en wetenskaplikes vir hulself 'n nuwe doelwit - Mars.
Voordat jy in die ry staan vir 'n kaartjie na die Rooi Planeet, moet jy weet wat die liggaam reeds in die eerste fase van werk verwag - op pad. Die pad na die woestynplaneet sal gemiddeld’n jaar en’n half neem – sowat 500 dae. Op pad sal jy net op jou eie krag moet staatmaak, daar is eenvoudig nêrens om vir hulp te wag nie.
Baie faktore sal krag ondermyn: stres, bestraling, gebrek aan 'n magnetiese veld. Die belangrikste toets vir die liggaam is die verandering in swaartekrag. Tydens die reis "maak kennis" met 'n persoonverskeie vlakke van swaartekrag. Eerstens is dit oorladings tydens opstyg. Dan - gewigloosheid tydens die vlug. Daarna, hipogravitasie by die bestemming, aangesien swaartekrag op Mars minder as 40% van die aarde is.
Hoe hanteer jy die negatiewe uitwerking van gewigloosheid op 'n lang vlug? Daar word gehoop dat ontwikkelings op die gebied van die skep van kunsmatige swaartekrag hierdie probleem in die nabye toekoms sal help oplos. Eksperimente op rotte wat op Kosmos-936 reis, wys dat hierdie tegniek nie alle probleme oplos nie.
OS-ervaring het getoon dat die gebruik van opleidingskomplekse wat die nodige vrag vir elke ruimtevaarder individueel kan bepaal, baie meer voordele vir die liggaam kan inhou.
Tot dusver word geglo dat nie net navorsers na Mars sal vlieg nie, maar ook toeriste wat 'n kolonie op die Rooi Planeet wil vestig. Vir hulle, ten minste aanvanklik, sal die sensasies van gewigloosheid swaarder weeg as al die argumente van dokters oor die gevare van langdurige blootstelling aan sulke toestande. Hulle sal egter ook oor 'n paar weke hulp nodig hê, en daarom is dit so belangrik om 'n manier te kan vind om kunsmatige swaartekrag op 'n ruimteskip te skep.
Results
Watter gevolgtrekkings kan gemaak word oor die skepping van kunsmatige swaartekrag in die ruimte?
Van al die opsies wat tans oorweeg word, lyk die roterende struktuur die mees realisties. Met die huidige begrip van fisiese wette is dit egter onmoontlik, aangesien die skip nie 'n hol silinder is nie. Binne dit is daar oorvleuelings wat inmeng met die verwesenliking van idees.
Boonop moet die radius van die skip so weesgroot sodat die Coriolis-effek nie 'n noemenswaardige effek het nie.
Om so iets te beheer, benodig jy die O'Neill-silinder wat hierbo genoem is, wat jou die vermoë sal gee om die skip te beheer. In hierdie geval neem die kanse toe om 'n soortgelyke ontwerp vir interplanetêre vlugte te gebruik om die bemanning van 'n gemaklike vlak van swaartekrag te voorsien.
Voordat die mensdom daarin slaag om hul drome te bewaarheid, sal ek graag 'n bietjie meer realisme en selfs meer kennis van die wette van fisika in wetenskapfiksie wil sien.
