Gravitatea artificială și căile de creare a acesteia

Chiar și o persoană care nu este interesată de cosmos, cel puțin o dată a văzut un film despre călătoriile în spațiu sau a citit despre astfel de lucruri în cărți. Aproape în toate aceste lucrări, oamenii merg în jurul navei, dorm în mod normal, nu au probleme cu aportul alimentar. Aceasta înseamnă că pe aceste nave - fictive - există gravitație artificială. Cei mai mulți spectatori percep acest lucru ca pe un lucru complet natural, dar nu este așa.

Greutatea artificială

Acesta este numele schimbării (în ambele direcții) a gravitației obișnuite pentru noi prin aplicarea diferitelor metode. Și acest lucru se întâmplă nu numai în lucrări fantastice, ci și în situații destul de reale pământești, cel mai adesea pentru experimente.

În teorie, crearea gravitației artificiale nu pare atât de dificilă. De exemplu, poate fi recreat prin inerție, mai exact, forța centrifugală. Nevoia de această putere nu a apărut ieri - sa întâmplat imediat, de îndată ce o persoană a început să viseze la zborurile spațiale lungi. Crearea gravitației artificiale în spațiu va face posibilă evitarea multitudinii de probleme care apar în timpul expunerii prelungite la lipsa de greutate. Cosmonauții slăbesc mușchii, oasele devin mai puțin durabile. Călătorind în aceste condiții de luni de zile, puteți obține atrofia unor mușchi.

Astfel, pentru astăzi crearea gravitației artificiale este o sarcină de importanță capitală, explorarea spațiului fără această abilitate este pur și simplu imposibil.

materiale

Chiar și cei care cunosc numai nivelul curriculum-ului de fizica, să înțeleagă că gravitatea - una dintre legile fundamentale ale lumii noastre: tot corpul interacționează unul cu altul, se confrunta cu o atractie reciproca / repulsie. Cu cât corpul este mai mare, cu atât este mai mare forța de atracție.

Pământul este pentru realitatea noastră - obiectul este foarte masiv. Acesta este motivul pentru care toate organismele fără excepție sunt atrase de ea.

Pentru noi asta înseamnă accelerarea gravitației, care este de obicei măsurată în g, egală cu 9,8 metri pe secundă pătrat. Aceasta înseamnă că, dacă nu am avea nici un sprijin sub picioarele noastre, am fi căzut la o rată care crește cu 9,8 metri în fiecare secundă.

Astfel, doar datorită gravității putem sta în picioare, cădea, mânca și bea în mod normal, înțelegem unde este partea de sus, unde este partea inferioară. Dacă atracția dispare, vom fi în greutate.

În special familiarizați cu acest fenomen sunt astronauții care se găsesc în spațiu într-o stare de cădere liberă - liberă.

Teoretic, oamenii de știință știu cum să creeze gravitatea artificială. Există mai multe metode.

Masă mai mare

Cea mai logică opțiune este de a face nava spatiala atât de mare încât ar crea gravitate artificială. Pe navă va fi posibil să se simtă confortabil, deoarece orientarea în spațiu nu se va pierde.

Din păcate, această metodă este nerealistă cu dezvoltarea modernă a tehnologiilor. Pentru a construi un astfel de obiect, este nevoie de prea multe resurse. În plus, pentru a ridica va necesita o cantitate incredibilă de energie.

accelerare

S-ar părea că, dacă doriți să ajungă g, egală cu pământ, avem nevoie doar pentru a da navei o formă plană (platformoobraznuyu) și să-l să se miște perpendicular pe planul cu accelerația dorită. În acest fel, gravitatea artificială va fi obținută și ideală.

Cu toate acestea, în realitate, totul este mult mai complicat.

În primul rând, este necesar să se ia în considerare problema combustibilului. Pentru ca stația să fie accelerată constant, este necesar să aveți o sursă de alimentare neîntreruptă. Chiar dacă un motor apare brusc, nu aruncând materie, legea conservării energiei va rămâne în vigoare.

A doua problemă este însăși ideea unei accelerații constante. Conform cunoștințelor și legilor noastre fizice, este imposibil să se accelereze până la infinit.

În plus, un astfel de transport nu este potrivit pentru misiuni de cercetare, deoarece trebuie să accelereze în mod constant - pentru a zbura. El nu se poate opri să studieze planeta, nici nu poate zbura încet în jurul ei - trebuie să acceleram.

Astfel, devine clar că o astfel de gravitate artificială nu este încă disponibilă pentru noi.

carusel

Toată lumea știe cum rotația caruselului afectează corpul. Prin urmare, dispozitivul gravitației artificiale pe acest principiu pare cel mai real.

Tot ceea ce este în diametrul caruselului, tinde să iasă din el la o viteză aproximativ egală cu viteza de rotație. Se pare că forța care acționează de-a lungul razei obiectului rotativ acționează asupra corpurilor. Este foarte asemănător cu gravitatea.

Deci, aveți nevoie de o navă care are o formă cilindrică. În acest caz, trebuie să se rotească în jurul axei sale. De altfel, gravitatea artificială pe o navă spațială, creată de acest principiu, este adesea demonstrată în filmele science fiction.

Nava sub formă de baril, care se rotește în jurul axei longitudinale, creează o forță centrifugă, a cărei direcție corespunde razei obiectului. Pentru a calcula accelerația rezultată este necesară împărțirea forței în masă.

Știind oamenii fizicii că nu va fi dificil: a = omega-²R.

În această formulă, rezultatul calculelor este accelerația, prima variabilă este viteza nodului (măsurată în numărul de radiani pe secundă), a doua este raza.

În conformitate cu aceasta, pentru a obține g obișnuit, este necesar să se combine competent viteză unghiulară și raza transportului spațial.

O problemă similară este abordată în filme precum Intersolah, Babylon 5, 2001: Odiseea spațială și altele similare. În toate aceste cazuri, gravitatea artificială este aproximată de accelerația gravitațională a pământului.

Indiferent cât de bună este ideea, este destul de dificil să o realizăm.

Problemele metodei "carusel"

Cea mai evidentă problemă este acoperită în "Odiseea spațială". Raza "transportatorului spațial" este de aproximativ 8 metri. Pentru a obține o accelerație de 9,8, rotația ar trebui să aibă loc la o viteză de aproximativ 10,5 rotații la fiecare minut.

Cu valorile indicate, se manifestă "efectul Coriolis", care constă în faptul că o forță diferită acționează asupra distanțelor diferite de podea. Depinde direct de viteza unghiulară.

Se pare că gravitatea artificială în spațiu va fi creată, însă rotația prea rapidă a corpului va duce la probleme cu urechea interioară. Aceasta, la rândul său, cauzează dezechilibre, probleme cu aparatul vestibular și altele - similare - dificultăți.

Apariția acestei bariere sugerează că un astfel de model este extrem de nereușit.

Puteți încerca să mergeți din contrariul, așa cum au făcut-o în romanul "The World-Ring". Aici nava este făcută sub forma unui inel, a cărui rază este aproape de raza orbitei noastre (aproximativ 150 de milioane de km). Cu această dimensiune, viteza rotației sale este suficientă pentru a ignora efectul Coriolis.

Putem presupune că problema este rezolvată, dar nu este așa. Faptul este că cifra de afaceri completă a acestui design în jurul axei sale durează 9 zile. Acest lucru face posibilă presupunerea că încărcăturile vor fi prea mari. Pentru a supraviețui construcției, este nevoie de un material foarte puternic, pe care nu îl avem în prezent. În plus, problema este cantitatea de material și procesul de construcție în sine.

În jocurile de subiecte similare, la fel ca în filmul „Babylon 5“, aceste probleme sunt rezolvate într-un fel: este suficient viteza de rotație, efectul Coriolis nu este semnificativă, ipotetic posibil să se creeze o astfel de navă.

Cu toate acestea, chiar și astfel de lumi au un dezavantaj. Numele lui este momentul impulsului.

Nava, care se rotește în jurul axei, se transformă într-un giroscop enorm. După cum se știe, este extrem de dificil să se facă giroscopul să devieze de la axă puls timp. Este important ca cantitatea sa să nu părăsească sistemul. Aceasta înseamnă că direcția acestui obiect va fi foarte dificilă. Cu toate acestea, o astfel de problemă poate fi rezolvată.

adresare

Gravitatea artificială pe stația spațială devine disponibilă atunci când "cilindrul Orsquo-Nile" vine la salvare. Pentru a crea acest design, aveți nevoie de nave cilindrice identice care sunt conectate de-a lungul axei. Acestea ar trebui să se rotească în direcții diferite. Rezultatul unei astfel de asamblări este momentul zero al impulsului, astfel încât nu ar trebui să existe dificultăți în a da navei direcția necesară.

Dacă este posibilă realizarea unei nave cu o rază de aproximativ 500 de metri, atunci va funcționa exact așa cum ar trebui. În același timp, gravitatea artificială în spațiu va fi destul de confortabilă și potrivită pentru zborurile lungi pe nave sau stații de cercetare.

Ingineri Space

Cum se creează gravitatea artificială este cunoscută de creatorii jocului. Cu toate acestea, în această lume fantastică de greutate - nu este o atracție reciprocă a organismelor, dar forța liniare, concepute pentru a accelera elementele într-o anumită direcție. Atracția nu este absolută, se schimbă atunci când sursa este redirecționată.

Gravitatea artificială pe stația spațială este creată cu ajutorul unui generator special. Ea este uniformă și echidirectă în domeniul generatorului. Deci, în lumea reală, lovind nava în care este instalat generatorul, vei fi atras de cocă. Cu toate acestea, în joc eroul va cădea până când va părăsi perimetrul dispozitivului.

Până în prezent, gravitatea artificială din spațiu, creată de un astfel de dispozitiv, nu este disponibilă pentru omenire. Cu toate acestea, chiar și dezvoltatorii cu părul gri nu înceta să viseze despre asta.

Generator sferic

Aceasta este o versiune mai realistă a echipamentului. Când este instalat, gravitatea are o direcție spre generator. Acest lucru face posibilă crearea unei stații a cărei gravitate va fi egală cu cea planetară.

centrifugă

Astăzi gravitatea artificială pe Pământ are loc în diverse dispozitive. Ele se bazează, în cea mai mare parte, pe inerție, deoarece această forță este resimțită de noi în mod similar acțiunii gravitaționale - organismul nu distinge ce cauzează accelerarea. Ca exemplu: o persoană care urcă într-un lift este afectată de inerție. Cu ochii unui fizician: ridicarea liftului adaugă la accelerarea accelerației căderii libere a cabinei. Atunci când cabina de pilotaj revine la o mișcare măsurată, "câștigul" în greutate dispare, revenind senzațiile obișnuite.

Oamenii de știință au fost mult interesați de gravitația artificială. Centrifuga este folosită cel mai des în acest scop. Această metodă este potrivită nu numai pentru nave spațiale, ci și pentru stații de sol, în care este necesară studierea efectului gravitației asupra corpului uman.

Studiu pe Pământ, aplicați în Hellip-

Deși studiul gravitației a început din spațiul cosmic, este o știință foarte pământească. Chiar și astăzi, realizările din acest domeniu și-au găsit aplicația, de exemplu, în medicină. Știind dacă este posibil să creezi gravitate artificială pe planetă, o poți folosi pentru a trata probleme cu aparatul motor sau cu sistemul nervos. În plus, studiul acestei forțe este în primul rând preocupat de pământ. Acest lucru face posibil ca cosmonauții să efectueze experimente în timp ce rămân sub o examinare strictă a medicilor. Un alt lucru este gravitatea artificială în spațiu, nu există oameni care să poată ajuta cosmonauturile în cazul unei situații neprevăzute.

Ținând seama de lipsa de greutate totală, nu se poate lua în considerare un satelit într-o orbită apropiată de pământ. Aceste obiecte, deși într-o mică măsură, sunt afectate de gravitate. Gravitatea, formată în astfel de cazuri, se numește microgravitate. Greutatea reală este experimentată doar într-un vehicul care zboară cu viteză constantă în spațiu deschis. Totuși, corpul uman nu simte această diferență.

Puteți să vă simțiți fără greutate cu un salt lung (înainte de a deschide cupola) sau în timpul coborârii parabolice a aeronavei. Astfel de experimente sunt adesea puse în SUA, dar în avion această senzație durează doar 40 de secunde - este prea puțin pentru un studiu complet.

În URSS, în 1973, ei știau dacă este posibil să se creeze gravitate artificială. Și nu l-au creat doar, ci și au schimbat-o într-un fel. Un exemplu viu de reducere artificială a gravitației este imersarea uscată, imersia. Pentru a obține efectul dorit, este necesar să se pună un strat dens pe suprafața apei. Persoana este plasată pe partea de sus a acesteia. Sub greutatea corpului, corpul se scufundă sub apă, doar capul rămâne peste el. Acest model demonstrează lipsa de siguranță, cu o gravitate redusă, caracteristic oceanului.

Nu este nevoie să intrați în spațiu pentru a simți efectul greutății opuse a forței - hipergravității. Odată cu decolarea și aterizarea navei spațiale, în centrifugă, supraîncărcarea poate fi simțită, dar și studiată.

Tratamentul cu gravitate

Studiile de fizică gravitațională, printre altele, efectul imponderabilității asupra corpului uman, încercând să minimizeze consecințele. Cu toate acestea, un număr mare de realizări ale acestei științe pot fi utile pentru locuitorii obișnuiți ai planetei.

Medicii pun mari speranțe asupra studiilor privind comportamentul enzimelor musculare în miopatie. Aceasta este o boală gravă care duce la moartea timpurie.

Cu exerciții fizice active, un volum mare de enzimă creatinofosfokinază intră în sângele unei persoane sănătoase. Cauza acestui fenomen este neclară, poate că sarcina acționează asupra membranei celulare astfel încât să "perforeze". Pacienții cu miopatie primesc același efect fără exerciții fizice. Observațiile cosmonautului arată că, în absența greutății, aportul de enzimă activă în sânge scade semnificativ. O astfel de descoperire sugerează că utilizarea imersiunii va reduce impactul negativ al factorilor care duc la miopatie. În prezent, se efectuează experimente pe animale.

Unele dintre aceste boli sunt tratate astăzi utilizând datele obținute în studiul gravitației, inclusiv al celor artificiale. De exemplu, se efectuează tratamentul paraliziei cerebrale, accidente vasculare cerebrale, Parkinson prin aplicarea costumelor de sarcină. Studiile finalizate practic despre efectele pozitive ale suportului - pantoful pneumatic.

Să zbori pe Marte?

Cele mai recente realizări ale cosmonauturilor dau speranță pentru realitatea proiectului. Există o experiență de sprijin medical pentru o persoană cu o lungă ședere departe de Pământ. O mulțime de utilitate a fost adusă de zborurile de cercetare spre Lună, forța gravitațională de 6 ori mai mică decât cea nativă. Acum, cosmonauturile și oamenii de știință fixează un nou scop - Marte.

Înainte de a vă oferi coadă pentru un bilet către Planeta Roșie, trebuie să știți ce așteaptă corpul în prima etapă de lucru - pe drum. În medie, drumul spre planeta deșertului va dura un an și jumătate - aproximativ 500 de zile. Numărarea pe drum va avea doar pe propria lor putere, nu este unde să aștepți ajutorul.

Există mulți factori care vor submina forțele: stresul, radiația, absența unui câmp magnetic. Cel mai important test pentru organism este schimbarea gravitației. În călătorie, o persoană "se cunoaște" cu mai multe niveluri de gravitate. În primul rând, aceasta este o suprasarcină în timpul decolării. Apoi - greutate în timpul zborului. După aceea - hipogravitatea la destinație, deoarece gravitatea pe Marte este mai mică de 40% din gravitatea pământului.

Cum te descurci cu impactul negativ al greutății într-un zbor lung? Se speră că evoluțiile din domeniul creării gravitației artificiale vor contribui la rezolvarea acestei probleme în viitorul apropiat. Experimentele pe șobolani care călătoresc către Cosmos-936 arată că această tehnică nu rezolvă toate problemele.

Experiența sistemului de operare a demonstrat că este mult mai util pentru organismul în măsură să aducă utilizarea simulatoarelor care determină sarcina necesară pentru fiecare astronaut individual.

Deși se crede că nu numai exploratorii vor zbura spre Marte, ci și turistii care doresc să înființeze o colonie pe planeta roșie. Pentru ei, cel puțin pentru prima dată, senzațiile de a fi în lipsă de greutate vor depăși toate argumentele doctorilor cu privire la pericolele expunerii prelungite în astfel de condiții. Cu toate acestea, în câteva săptămâni va fi necesar să-i ajuți, așa că este atât de important să găsiți o modalitate de a crea o gravitate artificială pe nava spațială.

rezultate

Ce concluzii se pot trage despre crearea gravitației artificiale în spațiu?

Printre toate opțiunile considerate în prezent, cel mai revolving design pare să fie realist. Cu toate acestea, cu înțelegerea actuală a legilor fizice, acest lucru este imposibil, deoarece nava nu este un cilindru gol. În interior există podele care interferează cu întruparea ideilor.

În plus, raza navei trebuie să fie atât de mare încât efectul Coriolis nu are un efect semnificativ.

Pentru a gestiona ceva de genul asta, aveți nevoie de cilindrul Orsquo-Nile menționat mai sus, care vă va permite să controlați nava. În acest caz, șansele de a utiliza un astfel de proiect pentru zboruri interplanetare sunt sporite, oferind echipei un nivel confortabil de gravitate.

Înainte de a omenirea va fi capabil să traducă visele în realitate, ne-ar dori să vadă în operele de ficțiune, un pic mai realist și mai cunoașterea legilor fizicii.