Umetna težnost in načini njenega ustvarjanja

Celo oseba, ki se ne zanima za vesolje, je vsaj enkrat videla film o vesoljskem potovanju ali o knjigah o takšnih stvareh. Skoraj vsa takšna dela ljudje gredo po ladji, normalno spijo, nimajo težav z vnosom hrane. To pomeni, da na teh - fiktivnih ladjah obstaja umetna težnost. Večina gledalcev meni, da je to nekaj popolnoma naravnega, a vendar to ni tako.

Umetna teža

To je ime za spremembo (v kateri koli smeri) običajne težnosti za nas z uporabo različnih metod. In to ni mogoče storiti le v fantastičnih delih, ampak tudi v precej resničnih zemeljskih situacijah, najpogosteje pri poskusih.

Teoretično ustvarjanje umetne gravitacije ni tako težavno. Na primer, se lahko vzpostavi z inercijo, natančneje, centrifugalna sila. Potreba po tej moči ni nastala včeraj - to se je zgodilo takoj, ko je oseba začela sanjati o dolgih vesoljskih poletih. Ustvarjanje umetne gravitacije v vesolju bo omogočilo, da bi se izognili množici težav, ki se pojavijo med dolgotrajno izpostavljenostjo nežnost. Kosmonauti oslabijo mišice, kosti postanejo manj trpežne. Če potujete v teh razmerah več mesecev, lahko pride do atrofije nekaterih mišic.

Tako je danes za ustvarjanje umetne gravitacije naloga izjemnega pomena, raziskovanje vesolja brez te spretnosti je preprosto nemogoče.

Zakon

Tudi tisti, ki vedo, le raven pouka fizike, razumeti, da teže - eden od temeljnih zakonov našem svetu: vse telo vplivajo drug na drugega, doživljajo medsebojno privlačnost / odbojnost. Čim večje je telo, večja je njegova privlačna sila.

Zemlja je za našo realnost - objekt je zelo ogromen. Zato je vse telo brez izjeme privlačno.

Za nas to pomeni pospeševanje gravitacije, ki se običajno meri v g, kar je enako 9,8 metra na kvadratno sekundo. To pomeni, da bi, če nismo imeli podpore pod našimi nogami, bi padli s stopnjo, ki se bo povečala za 9,8 m vsake sekunde.

Tako je samo zaradi teže, da smo sposobni stati, padati, jesti in piti normalno, razumeti, kje je vrh, kjer je dno. Če privlačnost izgine, bomo v breztežnosti.

Posebno seznanjeni s tem pojavom so astronavti, ki se znajdejo v vesolju v stanju naraščajočega - prostega padca.

Teoretično znanstveniki vedo, kako ustvarjati umetno težo. Obstaja več metod.

Večja masa

Najbolj logična možnost je, da naredite vesoljska ladja tako velika, da bi ustvarila umetno težo. Na ladji se bo mogoče počutiti udobno, saj se orientacija v vesolju ne bo izgubila.

Na žalost je ta metoda nerealna s sodobnim razvojem tehnologij. Za izgradnjo takega predmeta potrebuje preveč virov. Poleg tega bo za dviganje to zahtevalo neverjetno količino energije.

Pospešek

Zdi se, da če hočeš priti do g, ki je enako zemljo, smo morali dati ladja ravno (platformoobraznuyu) obliko in zaslužiti to pravokotno premakne na ravnino z želeno pospešek. Na ta način bo pridobljena umetna težnost in idealna.

Vendar pa je v resnici vse veliko bolj zapleteno.

Najprej je treba upoštevati problem goriva. Za stalno pospeševanje postaje je potrebno nemoteno oskrbo z električno energijo. Tudi če se motor nenadoma pojavi in ​​ne vrže snovi, ostane v veljavi zakon o ohranjanju energije.

Druga težava je ideja nenehnega pospeševanja. Glede na naše znanje in fizične zakone, je nemogoče pospešiti do neskončnosti.

Poleg tega tak prevoz ni primeren za raziskovalne misije, saj mora nenehno pospeševati - leteti. Ne more ustaviti študija planeta, ne more niti poleti okoli njega - moramo pospešiti.

Tako postane jasno, da takšna umetna težnost še ni na voljo.

Carousel

Vsi vedo, kako vrtenje vrtiljaka vpliva na telo. Zato se naprava za umetno gravitacijo na tem principu zdi najbolj resnična.

Vse kar je v premeru vrtiljaka, se nagiba, da se iz njega izstopi s hitrostjo približno enako hitrosti vrtenja. Izkazalo se je, da sila, ki deluje vzdolž radija vrtljivega predmeta, deluje na telesa. Zelo je podobna gravitaciji.

Torej, potrebujete ladjo, ki ima cilindrično obliko. V tem primeru se mora vrteti okoli svoje osi. Mimogrede, umetna gravitacija na vesoljski ladji, ki jo ustvarja to načelo, pogosto prikaže v filmih znanstvene fantastike.

Cev v obliki cevi, ki se vrti okoli vzdolžne osi, ustvarja centrifugalno silo, katere smer ustreza polmeru predmeta. Za izračun posledičnega pospeševanja je treba silo razdeliti na maso.

Ljudje, ki poznajo fiziko, ugotovijo, da to ne bo težko: a = omega-²R.

V tej formuli je rezultat izračunov pospešek, prva spremenljivka je hitrost vozlišča (merjena v številu radianov na sekundo), druga je polmer.

Glede na to, da bi dobili običajno g, je treba kompetentno združiti kotna hitrost in polmer vesoljskega prevoza.

Podoben problem je tudi v filmih Intersolakh, Babylon 5, 2001: Space Odyssey in podobnih. V vseh teh primerih se umetna težnost približuje zemeljskemu gravitacijskemu pospešku.

Ne glede na to, kako dobra je ideja, je to precej težko razumeti.

Težave z metodo "vrtiljaka"

Najbolj očiten problem je v "Space Odyssey". Polmer "vesoljskega nosilca" je približno 8 metrov. Da bi dosegli pospešek 9.8, se mora vrtenje izvajati s hitrostjo okrog 10,5 vrtljajev vsako minuto.

Z navedenimi vrednostmi se pojavi "Coriolisov učinek", ki je sestavljen iz dejstva, da druga sila deluje na različnih razdaljah od tal. Odvisno je neposredno od kotne hitrosti.

Izkaže se, da bo ustvarjena umetna težnost v prostoru, vendar prehitro vrtenje telesa bo povzročilo težave z notranjim ušesom. To pa povzroča neravnovesja, težave s vestibularnim aparatom in druge - podobne - težave.

Pojav te ovire kaže, da je tak model izjemno neuspešen.

Lahko poskusite iti od nasprotne, kot so to storili v romanu "Svetovni prstan". Tukaj je ladja izdelana v obliki obroča, katerega polmer je blizu polmeru naše orbite (okoli 150 milijonov km). S to velikostjo je hitrost njegovega vrtenja dovolj, da ignorira učinek Coriolis.

Predpostavljamo, da je problem rešen, vendar to ni tako. Dejstvo je, da celoten promet tega modela okoli svoje osi traja 9 dni. Tako je mogoče domnevati, da bodo obremenitve prevelike. Za preživetje gradnje je potreben zelo močan material, ki ga trenutno nimamo. Poleg tega je težava količina materiala in sam proces gradnje.

V igrah podobnih predmetov, kot v filmu "Babylon 5", ti problemi so nekako rešiti: to je dovolj, hitrost vrtenja, Coriolisova učinek ni pomemben, hipotetično mogoče ustvariti takšno ladjo.

Toda tudi taki svetovi imajo pomanjkljivost. Njegovo ime je trenutek impulza.

Ladja, ki se vrti okoli osi, se spremeni v ogromen žiroskop. Kot je znano, je zelo težko, da se žiroskop odstopa od osi zagon. Pomembno je, da njegova količina ne zapusti sistema. To pomeni, da bo smer tega predmeta zelo težavna. Vendar pa je tak problem mogoče rešiti.

Odpravljanje težav

Umetna gravitacija na vesoljski postaji postane na voljo, ko se rešuje "Orsquo-Nile cylinder". Če želite ustvariti to obliko, potrebujete enake cilindrične ladje, ki so povezane vzdolž osi. Vrte se morajo v različnih smereh. Rezultat takega sestavljanja je ničelni moment impulza, zato ne sme biti težav pri dajanju ladje potrebni smeri.

Če je mogoče izdelati ladjo s polmerom približno 500 metrov, potem bo delovala natanko tako, kot bi morala. Hkrati bo umetna težnost v vesolju zelo udobna in primerna za dolge lete na ladjah ali raziskovalnih postajah.

Vesoljski inženirji

Kako ustvarjati umetno težo je ustvarjalcem igre znano. Vendar v tem fantastičnem svetu gravitacija ni vzajemna privlačnost teles, ampak linearna sila, namenjena pospeševanju predmetov v dani smeri. Privlačnost tukaj ni absolutna, se spremeni, ko je vir preusmerjen.

Umetna teža na vesoljski postaji se ustvari s pomočjo posebnega generatorja. V območju generatorja je enakomerna in enosmerna. Torej, v realnem svetu, hitting na ladjo, v kateri je nameščen generator, vas bo pritegnila trup. Vendar bo v igri junak padel, dokler ne zapusti oboda naprave.

Do danes je umetna težnost v vesolju, ki jo ustvari taka naprava, nedostopna za človeštvo. Vendar pa tudi sivkasti razvijalci ne prenehajo sanjati o tem.

Sferični generator

To je bolj realistična različica opreme. Ko je vgrajena, ima gravitacija smer generatorja. Tako je mogoče ustvariti postajo, katere gravitacija bo enaka planeti.

Centrifuga

Danes se umetna gravitacija na Zemlji pojavlja v različnih napravah. Večinoma temeljijo na inerciji, saj nas to silo čutijo podobno kot gravitacijsko delovanje - organizem ne razlikuje, kaj povzroča pospešek. Kot primer: oseba, ki plezanje v dvigalu, vpliva na vztrajnost. Z očmi fizike: dviganje dvigala povečuje pospešek prostega pospeševanja kabine. Ko se pilotski kabina vrne na izmerjeno gibanje, izguba "v masi" izgine in vrne običajne občutke.

Znanstveniki že dolgo zanimajo umetno gravitacijo. V ta namen se najpogosteje uporablja centrifuga. Ta metoda je primerna ne samo za vesoljska plovila, ampak tudi za zemeljske postaje, v katerih je potrebno preučiti učinek teže na človeško telo.

Študija o Zemlji, se uporablja v helipsko-

Čeprav je študija gravitacije začela iz vesolja, je to zelo zemeljska znanost. Celo danes so dosežki na tem področju našli svojo uporabo, na primer v medicini. Poznati, ali je na planetu mogoče ustvariti umetno težo, jo lahko uporabite za zdravljenje težav z motornim aparatom ali živčnim sistemom. Še več, preučevanje te sile se nanaša predvsem na zemljo. To omogoča kosmonautom, da izvajajo poskuse, medtem ko ostanejo pod natančnim nadzorom zdravnikov. Druga stvar je umetna težnost v vesolju, ni ljudi, ki lahko v primeru nepredvidene situacije pomagajo kozmonavti.

Če upoštevamo popolno težo, ne moremo upoštevati satelita na bližnji zemeljski orbiti. Te predmete, čeprav v majhnem obsegu, vplivajo na težo. Gravitacija, nastala v takih primerih, se imenuje mikroravlika. Realna težnost se doživlja le pri vozilu, ki leti s konstantno hitrostjo v odprtem prostoru. Vendar človeško telo ne čuti te razlike.

Izkusite lahko breztežnost z dolgim ​​skokom (preden se kupola odpre) ali med paraboličnim spustom letala. Takšni poskusi se pogosto dajo v ZDA, vendar na letalu ta občutek traja le 40 sekund - premalo je za popolno študijo.

V ZSSR leta 1973 so vedeli, ali je bilo mogoče ustvariti umetno težo. In to niso samo ustvarili, temveč tudi na nek način spremenili. Živahen primer umetnega zmanjšanja teže je suho potopitev, potopitev. Da bi dosegli želeni učinek, je potrebno na površino vode postaviti gosto folijo. Oseba je postavljena na vrh. Pod težo telesa telo potopi pod vodo, le še nad glavo ostane glava. Ta model prikazuje nezavarovano z zmanjšano gravitacijo, kar je značilno za ocean.

Ni treba iti v vesolje, da bi občutili učinek nasprotne nelagodnosti sile - hiperglavnosti. Z vzletom in pristankom vesoljskega vozila v centrifugi se preobremenitve ne morejo čutiti, temveč se tudi preučijo.

Zdravljenje s težo

Študije gravitacijske fizike med drugim vplivajo na učinek breztežnosti na človeško telo in si prizadevajo čim bolj zmanjšati posledice. Vendar pa je veliko število dosežkov te znanosti lahko koristno za navadne prebivalce sveta.

Zdravniki dajejo veliko upanje na študije vedenja mišičnih encimov pri miopatiji. To je resna bolezen, ki vodi v zgodnjo smrt.

Z aktivnimi fizičnimi vajami veliko količino encima kreatinophosphokinase vstopi v krv zdrave osebe. Vzrok tega pojava je nejasen, morda obremenitev deluje na celično membrano tako, da "perforira". Bolniki z miopatijo imajo enak učinek brez vadbe. Opazovanja kozmonavtov kažejo, da se v odsotnosti teže vnos aktivnega encima v krvni obtok bistveno zmanjša. Tako odkritje kaže, da bo uporaba potopitve zmanjšala negativni vpliv dejavnikov, ki vodijo k miopatiji. Trenutno se na živalih izvajajo poskusi.

Nekatere bolezni se danes obravnavajo z uporabo podatkov, pridobljenih v študiji gravitacije, vključno z umetno. Na primer, zdravljenje cerebralne paralize, kapi, Parkinson z uporabo obleke izvaja. Praktično zaključene študije pozitivnih učinkov podpore - pnevmatski čevelj.

Bi lahko leteli na Mars?

Najnovejši dosežki kozmonavtov dajejo upanje za resničnost projekta. Obstaja izkušnja medicinske podpore za osebo z dolgim ​​bivanjem od Zemlje. Veliko koristnosti so prinesli raziskovalni leti na Luno, sila teže, ki je 6-krat manjša od naše domače. Zdaj kozmonavti in znanstveniki postavljajo nov cilj - Mars.

Preden boste čakali na karto za Red Planet, morate vedeti, kaj čaka telo v prvi fazi dela - na cesti. V povprečju bo cesta na puščavski planet trajala eno leto in pol - približno 500 dni. Če štejemo na cesti, bo imela samo svojo lastno moč, kjer ni nikogar čakati na pomoč.

Obstaja veliko dejavnikov, ki bodo spodkopali sile: stres, sevanje, odsotnost magnetnega polja. Najpomembnejši test za telo je sprememba v težnosti. Pri potovanju se oseba "spozna" z več stopnjami gravitacije. Najprej je to preobremenitev med vzletom. Potem - breztežnost med letom. Po tem - hipogravnost na destinaciji, ker je gravitacija na Marsu manjša od 40% zemeljske teže.

Kako se spoprijeti z negativnim učinkom breztežnosti v dolgem letu? Upamo, da bo razvoj na področju ustvarjanja umetne teže pomagal rešiti to vprašanje v bližnji prihodnosti. Poskusi na podganah, ki potujejo v Cosmos-936, kažejo, da ta tehnika ne reši vseh težav.

Izkušnje operacijskega sistema so pokazale, da je veliko bolj uporabno za telo, da lahko prinese uporabo simulatorjev, ki lahko določijo potrebno obremenitev za vsak astronavt posebej.

Medtem ko se verjame, da ne bodo le raziskovalci leteli na Mars, temveč tudi turiste, ki želijo vzpostaviti kolonijo na rdeči planeti. Za njih, vsaj prvič, občutki, da so v breztežnosti, bodo prevladale nad vsemi zdravniškimi argumenti o nevarnostih dolgotrajne izpostavljenosti v takih razmerah. Toda v nekaj tednih jim bo treba pomagati, zato je tako pomembno, da najdemo način ustvarjanja umetne gravitacije na vesoljskih plovilih.

Rezultati

Kakšne zaključke lahko sklepamo o ustvarjanju umetne teže v vesolju?

Med vsemi možnostmi, ki se trenutno obravnavajo, se zdi, da je najbolj revolucijski model realističen. Vendar s trenutnim razumevanjem fizičnih zakonov to ni mogoče, ker ladja ni votlo valj. V njej so tla, ki vplivajo na utelešenje idej.

Poleg tega mora biti polmer ladje tako velik, da učinek Coriolis nima znatnega učinka.

Če želite upravljati nekaj takega, potrebujete zgoraj omenjeni cilinder Orsquo-Nile, ki vam bo omogočil nadzor ladje. V tem primeru se povečajo možnosti za uporabo takega načrta za medletnične letove, ki ekipo zagotavljajo udobno stopnjo gravitacije.

Preden ljudje izkoristijo svoje sanje, bi rada v fantaziji delala malo več realnosti in še več znanja o zakonih fizike.