Gennadi Brajnik, 23 aprel 2011-ci il
Dünyaya baxaraq gözlərini aç... (qədim yunan dastanı)
Süni cazibəni necə yaratmaq olar?
Bu il qeyd olunan kosmosun tədqiqinin əlli illiyi ətrafdakı Kainatı dərk etməkdə insan zəkasının nəhəng potensialını göstərdi. Beynəlxalq Kosmik Stansiya (BKS) - idarə olunan orbital stansiya - birgə beynəlxalq layihə 23 ölkənin iştirak etdiyi,
həm yaxın, həm də uzaq kosmosun inkişafına milli proqramların marağını inandırıcı şəkildə sübut edir. Bu, baxılan məsələnin həm elmi, həm texniki, həm də kommersiya tərəfinə aiddir. Eyni zamanda, kosmosun kütləvi tədqiqi yolunda duran əsas məsələ çəkisizlik və ya mövcud kosmik obyektlərdə cazibə qüvvəsinin olmaması problemidir. "Qravitasiya (universal cazibə, qravitasiya) bütün maddi cisimlər arasında universal fundamental qarşılıqlı təsirdir. Aşağı sürətlərin və zəif qravitasiya qarşılıqlı təsirinin yaxınlaşmasında Nyutonun cazibə nəzəriyyəsi ilə təsvir edilmişdir. ümumi hal Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə təsvir edilmişdir” - bu tərif verir müasir elm bu fenomen. Cazibə qüvvəsinin təbiəti hazırda aydın deyil. Nəzəri inkişaflar müxtəlif qravitasiya nəzəriyyələri çərçivəsində öz eksperimental təsdiqini tapmır, bu da qravitasiya qarşılıqlı təsirinin təbiəti haqqında elmi paradiqmanın dörd fundamental qarşılıqlı təsirdən biri kimi vaxtından əvvəl təsdiqini təklif edir. Nyutonun cazibə nəzəriyyəsinə uyğun olaraq Yerin cazibə qüvvəsi F=m x g ifadəsi ilə müəyyən edilir, burada m bədənin kütləsi, g isə cazibə sürətinin artmasıdır. “Qravitasiya sürəti g cazibə qüvvəsi ilə vakuumda olan cismə verilən sürətdir, yəni. həndəsi cəmi planetin (və ya digər astronomik cismin) qravitasiya cazibəsi və onun fırlanması nəticəsində yaranan ətalət qüvvələri. Nyutonun ikinci qanununa görə, cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi vahid kütləli cismə təsir edən cazibə qüvvəsinə bərabərdir. Yer üçün cazibə qüvvəsi ilə bağlı sürətlənmənin dəyəri adətən 9,8 və ya 10 m/s╡-ə bərabər alınır. Vahid sistemləri qurarkən qəbul edilən standart (“normal”) dəyər g = 9.80665 m/s╡-dir və texniki hesablamalarda onlar adətən g = 9.81 m/s╡ götürürlər hansı - mənada, Yerdəki cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi təxminən dəniz səviyyəsində 45,5° enində cazibə qüvvəsinin sürətlənməsinə bərabərdir. Yerin səthində cazibə qüvvəsi ilə bağlı faktiki sürətlənmə enlikdən, günün vaxtından və digər amillərdən asılıdır. O, ekvatorda 9,780 m/s╡-dən qütblərdə 9,832 m/s╡-a qədər dəyişir." Bu elmi qeyri-müəyyənlik həmçinin Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsində qravitasiya sabiti ilə bağlı bir sıra suallar doğurur. Əgər bu qədər sabitdirsə, əgər qravitasiya şərtləri ilə bizdə parametrlərin belə bir yayılması var, demək olar ki, bütün qravitasiya nəzəriyyələrinin əsas arqumentləri aşağıdakılardır: “Qravitasiya sürəti iki komponentdən ibarətdir: qravitasiya sürətlənməsi və mərkəzətrafı sürətlənmə. Fərqlər aşağıdakılarla əlaqədardır: fırlanan Yerlə əlaqəli istinad sistemində mərkəzdənqaçma sürətlənməsi; düsturun qeyri-dəqiqliyi, planetin kütləsinin həcm üzərində paylanması ilə əlaqədardır. həndəsi forma, ideal topdan fərqli (geoid); qravitasiya anomaliyaları ilə faydalı qazıntıların axtarışında istifadə edilən Yer kürəsinin heterojenliyi." İlk baxışda bunlar kifayət qədər inandırıcı arqumentlərdir. Diqqətlə araşdırdıqda məlum olur ki, bu arqumentlər hadisənin fiziki mahiyyətini izah etmir. Yer kürəsində Hər bir coğrafi nöqtədə mərkəzləşdirilmiş sürətlənmə ilə əlaqəli istinad çərçivəsi, sərbəst düşmə sürətinin ölçülməsinin bütün komponentləridir, buna görə də həm ölçülən obyekt, həm də ölçülmüş avadanlıq həm Yerin paylanmış kütləsi, həm də eyni təsirə məruz qalır. ölçülmüş avadanlıq buna görə də ölçmə nəticəsi sabit olmalıdır, lakin bu, vəziyyətin qeyri-müəyyənliyi ISS-in uçuş hündürlüyündə cazibə sürətinin nəzəri hesablanmasına səbəb olur. 8,8 m/s(2) ISS-də yerli cazibə qüvvəsinin faktiki dəyəri 10(−3)...10(−1) g daxilində müəyyən edilir ki, bu da BKS-nin qaçış sürəti ilə hərəkət etdiyini bildirir olduğu kimi, sərbəst düşmə vəziyyətində də inandırıcı görünmür. Bəs geostasionar peyklər haqqında nə demək olar? Bu hesablanmış g dəyərində onlar çoxdan Yerə düşəcəkdilər. Bundan əlavə, hər hansı bir cismin kütləsi onun öz elektrik yükünün kəmiyyət və keyfiyyət xarakteristikası kimi müəyyən edilə bilər. Bütün bu mülahizələrdən belə nəticəyə gəlmək olur ki, təbiət yerin cazibə qüvvəsi qarşılıqlı təsir göstərən cisimlərin kütlələrinin nisbətindən asılı deyil, Yerin cazibə sahəsinin elektrik qarşılıqlı təsirinin Kulon qüvvələri ilə müəyyən edilir. Təyyarədə on km hündürlükdə üfüqi uçuşla uçsaq, cazibə qanunları tam təmin edilir, lakin 350 km yüksəklikdə ISS-də eyni uçuş zamanı praktiki olaraq heç bir cazibə yoxdur. Bu o deməkdir ki, bu yüksəkliklər daxilində cazibə qüvvəsini maddi cisimlərin qarşılıqlı təsir qüvvəsi kimi təyin etməyə imkan verən mexanizm mövcuddur. Və bu qüvvənin dəyəri Nyuton qanunu ilə müəyyən edilir. 100 kq ağırlığında olan bir şəxs üçün yer səviyyəsində cazibə qüvvəsi istisna olmaqla, atmosfer təzyiqi, F = 100 x 9,8 = 980 n olmalıdır. Mövcud məlumatlara görə, Yer atmosferi elektrikdir heterojen quruluş, təbəqələşməsi ionosfer tərəfindən müəyyən edilir. “İonosfer (və ya termosfer) ilk növbədə Günəşdən gələn kosmik şüaların şüalanması səbəbindən yüksək ionlaşmış Yer atmosferinin bir hissəsidir. İonosfer neytral atomların və molekulların (əsasən azot N2 və) qarışığından ibarətdir. oksigen O2) və kvazineytral plazma (mənfi yüklü hissəciklərin sayı yalnız müsbət yüklü olanların sayına bərabərdir) 60 kilometr yüksəklikdə ionlaşma dərəcəsi əhəmiyyətli olur və Yerdən asılı olaraq davamlı olaraq artır yüklü hissəciklərin sıxlığı N, D, E və F təbəqələri ionosferdə D qatında (60-90 km) yüklü hissəciklərin konsentrasiyası Nmax ~ 10(2)-10(3) sm-dir. −3 - bu bölgənin ionlaşmasına əsas töhfə günəş rentgen şüalarıdır: 60-100 km yüksəklikdə yanan meteoritlər şüaları, eləcə də maqnitosferin enerjili hissəcikləri (bu təbəqəyə maqnit fırtınaları). D təbəqəsi də xarakterizə olunur kəskin eniş gecə ionlaşma dərəcəsi. E təbəqəsi E Regionu (90-120 km) Nmax~ 10(5) sm−3-ə qədər plazma sıxlığı ilə xarakterizə olunur. Bu təbəqədə gündüz saatlarında elektron konsentrasiyasının artması müşahidə olunur, çünki ionlaşmanın əsas mənbəyi günəş qısa dalğalı radiasiyadır, üstəlik, bu təbəqədə ionların rekombinasiyası çox sürətlə gedir və gecə ion sıxlığı aşağı düşə bilər; 10(3) sm−3. Bu proses ionların konsentrasiyasının nisbətən yüksək olduğu yuxarıda yerləşən F bölgəsindən yüklərin yayılması və gecə ionlaşma mənbələri (Günəşin geokorona şüalanması, meteorlar, kosmik şüalar və s.) ilə qarşılanır. Sporadik olaraq, 100-110 km yüksəklikdə çox nazik (0,5-1 km), lakin sıx olan ES təbəqəsi görünür. Bu alt təbəqənin xüsusiyyəti ionosferin bu bölgəsindən əks olunan orta və hətta qısa radio dalğalarının yayılmasına əhəmiyyətli təsir göstərən elektronların yüksək konsentrasiyasıdır (ne~10(5) sm−3). Sərbəst cərəyan daşıyıcılarının nisbətən yüksək konsentrasiyası səbəbindən E təbəqəsi oynayır mühüm rol orta və qısa dalğaların yayılmasında. F təbəqəsi F bölgəsi indi 130-140 km-dən yuxarı bütün ionosfer adlanır. Maksimum ion əmələ gəlməsi 150-200 km yüksəklikdə əldə edilir. Gündüz, güclü günəş ultrabənövşəyi radiasiyasının səbəb olduğu elektron konsentrasiyasının paylanmasında bir "addım" meydana gəlməsi də müşahidə olunur qısa radio dalğaları 400 km-ə qədər olan F təbəqəsinin yuxarı hissəsi burada yüklü hissəciklərin sıxlığı maksimuma çatır - yüksək hündürlükdə daha yüngül oksigen ionları üstünlük təşkil edir (400-1000 km yüksəklikdə), hətta daha yüksək - hidrogen ionları ( protonlar) və az miqdarda - helium ionları. İki əsas müasir nəzəriyyələr atmosfer elektriki XX əsrin ortalarında ingilis alimi Çarlz Vilson və sovet alimi Ya.İ.Frenkel tərəfindən yaradılmışdır. Wilsonun nəzəriyyəsinə görə, Yer və ionosfer ildırım buludları ilə yüklənmiş kondansatörün lövhələri rolunu oynayır. Plitələr arasında yaranan potensial fərq görünüşə gətirib çıxarır elektrik sahəsi atmosfer. Frenkelin nəzəriyyəsinə görə, atmosferin elektrik sahəsi tamamilə troposferdə baş verən elektrik hadisələri - buludların qütbləşməsi və onların Yerlə qarşılıqlı əlaqəsi ilə izah olunur və ionosfer atmosferdəki elektrik proseslərinin gedişində əhəmiyyətli rol oynamır. Atmosferdə elektrik qarşılıqlı təsirinin bu nəzəri konsepsiyalarını ümumiləşdirmək Yerin cazibə qüvvəsi məsələsinə elektrostatika nöqteyi-nəzərindən baxmağı nəzərdə tutur. Yuxarıdakı ümumi məlum faktlara əsasən, ağırlıq şəraitində maddi cisimlərin qravitasiya elektrik qarşılıqlı təsirinin qiymətlərini müəyyən etmək mümkündür. Bunu etmək üçün aşağıdakı modeli nəzərdən keçirin. Elektrik sahəsində olan hər hansı bir maddi enerji cismi müəyyən bir Coulomb qarşılıqlı təsirini həyata keçirəcəkdir. Elektrik yükünün daxili təşkilindən asılı olaraq o, ya elektrik qütblərindən birinə cəlb olunacaq, ya da bu sahə daxilində tarazlıq vəziyyətində olacaq. Hər bir bədənin elektrik yükünün dərəcəsi sərbəst elektronların öz konsentrasiyası ilə müəyyən edilir (insanlar üçün qırmızı qan hüceyrələrinin konsentrasiyası). Sonra yerin cazibəsinin cazibə qüvvəsinin qarşılıqlı təsir modeli radiusları Yerin radiusu və F2 ionosfer təbəqəsinin hündürlüyü ilə təyin olunan iki konsentrik içi boş kürədən ibarət sferik kondansatör şəklində təqdim edilə bilər. Bu elektrik sahəsində bir insan və ya başqa bir maddi bədən var. Yer səthinin elektrik yükü mənfi, ionosfer Yerə münasibətdə müsbətdir. Yerin səthinə nisbətən bir insanın elektrik yükü müsbətdir, buna görə də səthdəki Coulomb qarşılıqlı təsir qüvvəsi həmişə bir insanı Yerə cəlb edəcəkdir. İonosfer təbəqələrinin olması o deməkdir ki, belə bir kondansatörün ümumi elektrik tutumu ardıcıl qoşulduqda hər bir təbəqənin ümumi tutumu ilə müəyyən edilir: 1/Tot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C. (F2). Təxmini mühəndislik hesablaması aparıldığı üçün əsas enerji ionosfer təbəqələrini nəzərə alacağıq, bunun üçün aşağıdakı ilkin məlumatları alacağıq: E təbəqəsi - hündürlük 100 km, F təbəqəsi - hündürlük 200 km, F2 təbəqəsi - hündürlük 400 km. Sadəlik üçün biz D qatını və günəş aktivliyinin artması və ya azalması zamanı ionosferdə əmələ gələn sporadik Es təbəqəsini nəzərdən keçirməyəcəyik. Şəkildə. Şəkil 1-də Yer atmosferinin ionosfer təbəqələrinin və elektrik enerjisinin paylanma diaqramı göstərilir. dövrə diaqramı nəzərdən keçirilən proses.
Şəkil 1.a-dakı elektrik dövrəsi üç kondansatörün ardıcıl qoşulmasını göstərir, ona sabit gərginlik Etotal verilir. Elektrostatik qanunlara uyğun olaraq, hər bir C1, C2 və C3 kondansatörünün plitələrində elektrik yüklərinin paylanması şərti olaraq +/- göstərilir. Elektrik yüklərinin bu paylanmasına əsasən, şəbəkədə yerli sahə gücləri yaranır, onların istiqamətləri ümumi tətbiq olunan gərginliyə ziddir. Şəbəkənin bu bölmələrində elektrik yüklərinin hərəkəti Ümumiyə nisbətən əks istiqamətdə olacaq. Şəkil 1.b-də yer atmosferinin ionosfer təbəqələrinin diaqramı göstərilmişdir ki, bu da kondansatörlərin ardıcıl qoşulmasının elektrik sxemi ilə tamamilə təsvir edilmişdir. İonosfer təbəqələri arasında Coulomb qarşılıqlı təsir qüvvələri Fg kimi təyin edilmişdir. Elektrik yüklərinin konsentrasiya səviyyəsinə görə, üst təbəqə ionosfer F2 yer səthinə nisbətən elektrik müsbətdir. Müxtəlif kinetik enerjilərə malik günəş küləyi hissəciklərinin atmosferin bütün dərinliyinə nüfuz etdiyinə görə, hər bir təbəqənin Kulon qarşılıqlı təsirinin ümumi qüvvəsi ümumi cazibə qüvvəsinin vektor cəmi ilə müəyyən ediləcək Fg total və cazibə qüvvəsi. ayrı ionosfer təbəqəsi. Sferik kondansatörün tutumunun hesablanması düsturu belədir: C = 4x(pi)x e(a)x r1xr2/(r2-r1), burada C sferik kondansatörün tutumudur; r1 - daxili sferanın radiusu, məbləğinə bərabərdir Yerin radiusu 6371,0 km və aşağı ionosfer qatının hündürlüyü; r2 - Yerin radiusunun və yuxarı ionosfer qatının hündürlüyünün cəminə bərabər olan xarici sferanın radiusu; e(a)=e(0)x e - mütləq dielektrik sabiti, burada e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Sonra hər bir ionosfer təbəqəsinin tutumu üçün yuvarlaqlaşdırılmış hesablanmış qiymətlər olacaq. aşağıdakı dəyərlər: C (E)=47 µF, C(F)=46 µF, C(F2)=25 µF. İonosferin ümumi tutumu əsas təbəqələri nəzərə alaraq təxminən 12 μF təşkil edəcək. İonosfer təbəqələri arasındakı məsafə Yerin radiusundan xeyli azdır, buna görə də yükə təsir edən Kulon qüvvəsinin hesablanması düz kondansatörün düsturundan istifadə etməklə aparıla bilər: Fg= e(a) x A x U. (2) /(2xd(2)), burada A sahə lövhələridir (pi x (Rз+ h)(2)); U - gərginlik; d - təbəqələr arasındakı məsafə; e(a)=e(0)x e - mütləq dielektrik sabiti, burada e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Sonra hər bir ionosfer təbəqəsinin Kulon qarşılıqlı təsir qüvvələrinin hesablanmış qiymətləri olacaq. aşağıdakı qiymətlər: Fg (E)= 58x10(-9)x U(2); Fg(F)= 59x10(-9)x U(2); Fg(F1)= 15x10(-9)x U(2); Fgtot = 3,98x10(-9)x U(2). 100 kq ağırlığında bir bədən üçün atmosfer gərginliyinin dəyərini təyin edək. Hesablama düsturu aşağıdakı formaya malik olacaq: F=m x g= Fg(E) + Fgtot. Əvəz edən məlum dəyərlər bu düsturla U = 126 kV dəyərini alırıq. Nəticə etibarilə, ionosfer təbəqələrinin Kulon qarşılıqlı təsir qüvvələri aşağıdakı qiymətlərlə müəyyən ediləcək: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Ümumi = 63n. Nyuton qarşılıqlı təsirini nəzərə alaraq hər bir ionosfer təbəqəsinin sərbəst düşmə sürətini yenidən hesablayaraq aşağıdakı qiymətləri alırıq: g(E)= +9,83 m/s(2); g(F)= -8,73 m/s(2); g(F1)= - 1,75 m/s(2). Qeyd etmək lazımdır ki, bu hesablanmış dəyərlər atmosferin daxili parametrlərini, yəni ionosferin hər qatında oksigen və azot molekullarının konsentrasiyası nəticəsində yaranan ətraf mühitin təzyiqi və müqavimətini nəzərə almır. Təxmini mühəndis hesablaması nəticəsində İSS-də yerli cazibə qüvvəsinin faktiki dəyəri ilə yaxşı uyğun gələn g(F1) = -1,75 m/s(2) - 10(−3)...10 (−1) g. Nəticələrdəki uyğunsuzluqlar cazibə sürətini ölçmək üçün istifadə edilən burulma balanslarının mənfi dəyərlərə kalibrlənməməsi ilə bağlıdır - müasir elmin gözləmədiyi bir şey. Süni cazibə yaratmaq üçün iki şərt yerinə yetirilməlidir. Gauss teoreminin tələbinə uyğun olaraq elektriklə təcrid olunmuş sistem yaradın, yəni qapalı sferada elektrik sahəsinin gücü vektorunun dövriyyəsini təmin edin və bu sferanın daxilində 1000 N-lik Kulon qarşılıqlı təsir qüvvəsini yaratmaq üçün lazım olan elektrik sahəsinin gücünü təmin edin. Sahənin gücü düsturla hesablana bilər: F= e(a) x A x E(2) /2, burada A plitənin sahəsidir; E - elektrik sahəsinin gücü; e(a)=e(0)x e - mütləq dielektrik keçiriciliyi, burada e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Verilənləri düsturla əvəz etməklə, 10 kv.m üçün qiymətini alırıq. elektrik sahəsinin gücü , E = 4,75 x 10(6) V/m-ə bərabərdir. Otağın hündürlüyü üç metrdirsə, hesablanmış gərginliyi təmin etmək üçün döşəmə tavanına U = E x d = 14,25 MV dəyəri ilə sabit bir gərginlik tətbiq etmək lazımdır. 1 A cərəyanı ilə belə bir kondansatörün plitələrinin 14,25 MOhm müqavimətini təmin etmək lazımdır. Gərginliyi dəyişdirərək, müxtəlif çəkisi parametrləri əldə edə bilərsiniz. Hesablamaların böyüklük sırası süni cazibə sistemlərinin inkişafının real imkan olduğunu göstərir. Qədim yunanlar düz deyirdilər: “Dünyaya baxaraq, gözlərini aç...”. Yerin cazibə qüvvəsinin təbiəti ilə bağlı yalnız belə bir cavab verilə bilər. Artıq 200 ildir ki, bəşəriyyət elektrostatika qanunlarını, o cümlədən Coulomb qanununu və Gauss teoremini fəal şəkildə öyrənir. Sferik kondansatör üçün düstur praktiki olaraq uzun müddət mənimsənilmişdir. Yalnız gözlərinizi açmaq qalır dünya və qeyri-mümkün görünən şeyi izah etmək üçün istifadə etməyə başlayır. Ancaq hamımız süni cazibə qüvvəsinin reallıq olduğunu başa düşdükdə, o zaman kosmik uçuşların kommersiya istifadəsi məsələləri aktuallaşacaq və başa düşmək üçün şəffaf olacaq.
Moskva, aprel 2011 Brajnik G.N.
Kosmosa maraq göstərməyən insan belə, heç olmasa bir dəfə kosmosa səyahət haqqında filmə baxıb və ya kitablarda belə şeylər oxuyub. Demək olar ki, bütün belə işlərdə insanlar gəminin ətrafında gəzir, normal yatır, yeməkdə problem olmur. Bu o deməkdir ki, bu uydurma gəmilərdə süni cazibə qüvvəsi var. Əksər tamaşaçılar bunu tamamilə təbii bir şey kimi qəbul edirlər, lakin bu, heç də belə deyil.
Süni cazibə
Tətbiq etməklə vərdiş etdiyimiz cazibə qüvvəsini (istənilən istiqamətdə) dəyişmək üçün bu addır müxtəlif yollarla. Və bu, təkcə elmi fantastika əsərlərində deyil, həm də çox real dünyəvi vəziyyətlərdə, əksər hallarda təcrübələr üçün edilir.
Teorik olaraq, süni cazibə yaratmaq o qədər də çətin görünmür. Məsələn, onu ətalətdən istifadə etməklə yenidən yaratmaq olar, daha dəqiq desək, bu qüvvəyə ehtiyac dünən yaranmayıb - bu, insan uzunmüddətli kosmik uçuşlar haqqında xəyal qurmağa başlayan kimi dərhal baş verdi. Kosmosda süni cazibə qüvvəsinin yaradılması uzun müddətli çəkisizlik zamanı yaranan bir çox problemdən qaçmağa imkan verəcək. Astronavtların əzələləri zəifləyir, sümükləri zəifləyir. Belə şəraitdə aylarla səyahət bəzi əzələlərin atrofiyasına səbəb ola bilər.
Beləliklə, bu gün süni cazibə qüvvəsinin yaradılması çox vacib bir vəzifədir, bu bacarıq olmadan sadəcə mümkün deyil;
Material hissələri
Hətta fizikanı ancaq səviyyədə bilənlər də məktəb kurikulumu, cazibə qüvvəsinin biri olduğunu anlayın əsas qanunlar dünyamız: bütün cisimlər bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olur, qarşılıqlı cazibə / itələmə yaşayır. Necə daha böyük bədən, onun cəlbedici qüvvəsi nə qədər yüksəkdir.
Reallığımız üçün Yer çox böyük bir obyektdir. Ona görə də istisnasız olaraq ətrafındakı bütün bədənlər onu cəlb edir.
Bizim üçün bu, adətən g ilə ölçülür, kvadrat saniyədə 9,8 metrə bərabərdir. Bu o deməkdir ki, ayağımızın altında dayaq olmasaydı, hər saniyə 9,8 metr artan sürətlə yıxılacaqdıq.
Beləliklə, yalnız cazibə qüvvəsi sayəsində biz normal şəkildə ayağa qalxa, yıxıla, yeyib-içə, harda yuxarı və harada aşağı olduğunu anlaya bilirik. Cazibə qüvvəsi yox olarsa, özümüzü çəkisizlikdə tapacağıq.
Kosmosda uçma - sərbəst düşmə vəziyyətində olan kosmonavtlar bu fenomenlə xüsusilə tanışdırlar.
Nəzəri cəhətdən elm adamları süni cazibəni necə yaratmağı bilirlər. Bir neçə üsul var.
Böyük kütlə
Ən məntiqli variant onu o qədər böyük etməkdir ki, üzərində süni cazibə qüvvəsi görünsün. Kosmosda oriyentasiya itirilməyəcəyi üçün gəmidə özünüzü rahat hiss edə biləcəksiniz.
Təəssüf ki, bu üsul müasir inkişaf texnologiya qeyri-realdır. Belə bir obyekti tikmək çoxlu resurs tələb edir. Bundan əlavə, onu qaldırmaq inanılmaz miqdarda enerji tələb edəcəkdir.
Sürətlənmə
Belə görünür ki, əgər siz Yerdəkinə bərabər g-yə nail olmaq istəyirsinizsə, sadəcə olaraq gəmiyə düz (platformaya bənzər) forma vermək və lazımi sürətlənmə ilə təyyarəyə perpendikulyar hərəkət etmək lazımdır. Beləliklə, süni cazibə və ideal cazibə əldə ediləcəkdir.
Ancaq əslində hər şey daha mürəkkəbdir.
İlk növbədə yanacaq məsələsini nəzərdən keçirməyə dəyər. Stansiyanın daim sürətlənməsi üçün fasiləsiz enerji təchizatı olmalıdır. Maddəni atmayan bir mühərrik qəfil görünsə belə, enerjinin saxlanması qanunu qüvvədə qalacaq.
İkinci problem ideyanın özüdür daimi sürətlənmə. Biliklərimizə və fiziki qanunlara görə, sonsuz sürətlə sürətləndirmək mümkün deyil.
Bundan əlavə, belə bir vasitə tədqiqat missiyaları üçün uyğun deyil, çünki o, daim sürətlənməlidir - uçmaq. O, planeti öyrənmək üçün dayana bilməyəcək, hətta onun ətrafında yavaş-yavaş uça bilməyəcək - sürətini artırmalıdır.
Beləliklə, belə bir süni cazibə qüvvəsinin hələ bizim üçün mövcud olmadığı aydın olur.
Karusel
Hər kəs bir karuselin fırlanmasının bədənə necə təsir etdiyini bilir. Buna görə də, bu prinsipə əsaslanan süni cazibə cihazı ən real görünür.
Karuselin diametrində olan hər şey ondan təxminən fırlanma sürətinə bərabər bir sürətlə düşməyə meyllidir. Belə çıxır ki, cisimlərə fırlanan cismin radiusu boyunca yönəlmiş qüvvə təsir edir. Cazibə qüvvəsinə çox bənzəyir.
Beləliklə, silindrik formalı bir gəmi tələb olunur. Eyni zamanda, öz oxu ətrafında fırlanmalıdır. Yeri gəlmişkən, süni cazibə kosmik gəmi, bu prinsiplə yaradılmışdır, tez-tez fantastika filmlərində göstərilir.
Barel gəmisi ətrafında fırlanır uzununa ox, istiqaməti cismin radiusuna uyğun olan mərkəzdənqaçma qüvvəsi yaradır. Yaranan sürətlənməni hesablamaq üçün qüvvəni kütləyə bölmək lazımdır.
Bu düsturda hesablamanın nəticəsi sürətlənmədir, birinci dəyişən düyün sürətidir (saniyədə radyanla ölçülür), ikincisi radiusdur.
Buna əsasən adət etdiyimiz g-ni əldə etmək üçün kosmik nəqliyyatın radiusunu düzgün birləşdirmək lazımdır.
Oxşar problem Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey və bu kimi filmlərdə vurğulanır. Bütün bu hallarda süni cazibə yerin cazibə qüvvəsi səbəbindən sürətlənməsinə yaxındır.
İdeya nə qədər yaxşı olsa da, onu həyata keçirmək kifayət qədər çətindir.
Karusel üsulu ilə bağlı problemlər
Ən bariz problem A Space Odyssey-də vurğulanır. “Kosmik daşıyıcının” radiusu təxminən 8 metrdir. 9,8 sürətlənmə əldə etmək üçün fırlanma hər dəqiqə təxminən 10,5 dövrə sürətlə baş verməlidir.
Bu dəyərlərdə fərqli qüvvələrin döşəmədən müxtəlif məsafələrdə hərəkət etməsindən ibarət olan "Coriolis effekti" görünür. birbaşa asılıdır bucaq sürəti.
Məlum olub ki, kosmosda süni cazibə qüvvəsi yaranacaq, lakin bədənin çox sürətli fırlanması ilə problemlər yaranacaq. Daxili qulaq. Bu da öz növbəsində balanssızlıqlara, problemlərə səbəb olur vestibulyar aparat və digər oxşar çətinliklər.
Bu maneənin ortaya çıxması belə bir modelin son dərəcə uğursuz olduğunu göstərir.
"Üzük dünyası" romanında olduğu kimi, əksinə getməyə cəhd edə bilərsiniz. Burada gəmi radiusu orbitimizin radiusuna yaxın olan (təxminən 150 milyon km) halqa şəklində hazırlanmışdır. Bu ölçüdə onun fırlanma sürəti Koriolis effektinə məhəl qoymamaq üçün kifayətdir.
Problemin həll olunduğunu güman etmək olar, amma bu, heç də belə deyil. Fakt budur ki, bu quruluşun öz oxu ətrafında tam çevrilməsi 9 gün çəkir. Bu, yüklərin çox böyük olacağını göstərir. Quruluşun onlara tab gətirə bilməsi üçün bu gün bizim ixtiyarımızda olmayan çox güclü bir material lazımdır. Bundan əlavə, problem materialın miqdarı və tikinti prosesinin özüdür.
“Babylon 5” filmində olduğu kimi oxşar mövzulu oyunlarda da bu problemlər birtəhər həll olunur: fırlanma sürəti kifayət qədər kifayətdir, Koriolis effekti əhəmiyyətli deyil, hipotetik olaraq belə bir gəmi yaratmaq mümkündür.
Ancaq belə dünyaların belə bir çatışmazlığı var. Onun adı angular impulsdur.
Öz oxu ətrafında fırlanan gəmi nəhəng giroskopa çevrilir. Bildiyiniz kimi, gyroskopun kəmiyyətinin sistemdən çıxmaması vacib olduğuna görə onu öz oxundan kənara çıxarmağa məcbur etmək son dərəcə çətindir. Bu o deməkdir ki, bu obyektə istiqamət vermək çox çətin olacaq. Ancaq bu problemi həll etmək olar.
Həll
Kosmik stansiyada süni cazibə qüvvəsi O'Neill Cylinder xilasetmə işinə gəldikdə əlçatan olur. Bu dizaynı yaratmaq üçün ox boyunca birləşdirilən eyni silindrik gəmilər tələb olunur. Onlar müxtəlif istiqamətlərdə fırlanmalıdırlar. Belə bir montajın nəticəsi sıfır açısal impulsdur, buna görə də gəmiyə lazımi istiqaməti verməkdə heç bir çətinlik olmamalıdır.
Təxminən 500 metr radiuslu bir gəmi düzəltmək mümkündürsə, o zaman tam olaraq lazım olduğu kimi işləyəcək. Eyni zamanda, kosmosda süni cazibə kifayət qədər rahat olacaq və gəmilərdə və ya tədqiqat stansiyalarında uzun uçuşlar üçün uyğun olacaq.
Kosmik Mühəndislər
Oyunun yaradıcıları süni cazibə qüvvəsini necə yaratmağı bilirlər. Lakin bu fantaziya aləmində cazibə qüvvəsi cisimlərin qarşılıqlı cazibəsi deyil, cisimləri müəyyən bir istiqamətdə sürətləndirmək üçün nəzərdə tutulmuş xətti qüvvədir. Buradakı cazibə mütləq deyil, mənbə yönləndirildikdə dəyişir.
Kosmik stansiyada süni cazibə xüsusi generatorun köməyi ilə yaradılır. Generatorun diapazonunda vahid və bərabər istiqamətlidir. Beləliklə, real dünyada generator quraşdırılmış bir gəminin altına düşsəniz, gövdəyə doğru çəkiləcəksiniz. Bununla belə, oyunda qəhrəman cihazın perimetrini tərk edənə qədər yıxılacaq.
Bu gün belə bir qurğunun yaratdığı kosmosda süni cazibə qüvvəsi bəşəriyyət üçün əlçatmazdır. Bununla belə, hətta boz saçlı tərtibatçılar da bu barədə xəyal qurmağı dayandırmırlar.
Sferik generator
Bu daha real avadanlıq seçimidir. Quraşdırıldıqda, çəkisi generatora doğru yönəldilir. Bu, cazibə qüvvəsi planetar stansiyaya bərabər olacaq bir stansiya yaratmağa imkan verir.
sentrifuqa
Bu gün Yerdəki süni cazibə müxtəlif cihazlarda tapılır. Onlar əsasən ətalət üzərində qurulur, çünki bu qüvvə qravitasiya təsirinə bənzər şəkildə bizim tərəfimizdən hiss olunur - bədən sürətlənməyə hansı səbəbin səbəb olduğunu ayırd etmir. Nümunə olaraq: liftə qalxan insan ətalət təsirini yaşayır. Bir fizikin gözü ilə: liftin qalxması kabinənin sürətlənməsini sərbəst enişin sürətlənməsinə əlavə edir. Kabin ölçülmüş hərəkətə qayıtdıqda, çəkidəki "artım" yox olur və adi hissləri qaytarır.
Alimləri uzun müddətdir ki, süni cazibə qüvvəsi maraqlandırır. Bu məqsədlər üçün ən çox sentrifuqa istifadə olunur. Bu üsul təkcə kosmik gəmilər üçün deyil, həm də cazibə qüvvəsinin təsirini öyrənmək lazım olan yer stansiyaları üçün uyğundur. insan bədəni.
Yer üzündə təhsil alın, müraciət edin...
Cazibə qüvvəsinin öyrənilməsi kosmosda başlasa da, bu, çox yerüstü bir elmdir. Bu gün də bu sahədə irəliləyişlər, məsələn, tibbdə tətbiqini tapmışdır. Planetdə süni cazibə yaratmağın mümkün olub-olmadığını bilməklə, ondan dayaq-hərəkət sistemi ilə bağlı problemləri müalicə etmək üçün istifadə edilə bilər. sinir sistemi. Üstəlik, bu qüvvənin tədqiqi ilk növbədə Yerdə aparılır. Bu, astronavtların həkimlərin yaxından diqqəti altında qalaraq təcrübələr aparmasına şərait yaradır. Kosmosda süni cazibə qüvvəsi başqa məsələdir ki, gözlənilməz vəziyyət yarandıqda orada astronavtlara kömək edə biləcək insanlar yoxdur.
Tam çəkisizliyi nəzərə alsaq, aşağı Yer orbitində yerləşən peyki nəzərə almaq olmaz. Bu cisimlər az da olsa, cazibə qüvvəsindən təsirlənir. Belə hallarda yaranan cazibə qüvvəsinə mikroqravitasiya deyilir. Həqiqi cazibə yalnız uçan bir vasitədə yaşanır sabit sürət kosmosda. Lakin insan orqanizmi bu fərqi hiss etmir.
Uzun tullanma zamanı (gömrü açılmazdan əvvəl) və ya təyyarənin parabolik enişi zamanı çəkisizlik hiss edə bilərsiniz. Bu cür təcrübələr tez-tez ABŞ-da aparılır, lakin bir təyyarədə bu sensasiya cəmi 40 saniyə davam edir - bu, tam bir araşdırma üçün çox qısadır.
SSRİ-də hələ 1973-cü ildə süni cazibə yaratmağın mümkün olub-olmadığını bilirdilər. Və nəinki onu yaratdılar, həm də hansısa şəkildə dəyişdirdilər. Çarpıcı bir nümunə cazibə qüvvəsinin süni şəkildə azaldılması - quru daldırma, daldırma. İstədiyiniz effekti əldə etmək üçün suyun səthinə qalın bir film qoymaq lazımdır. Adam onun üstünə qoyulur. Bədənin ağırlığı altında bədən suyun altında batır, yalnız baş yuxarıda qalır. Bu model, okeanı xarakterizə edən dayaqsız, aşağı çəkisi olan mühiti nümayiş etdirir.
Çəkisizliyin əks qüvvəsini - hiperqravitasiyanı yaşamaq üçün kosmosa getməyə ehtiyac yoxdur. Kosmik gəmi havaya qalxıb sentrifuqaya endikdə, həddindən artıq yüklənməni nəinki hiss etmək, həm də tədqiq etmək olar.
Qravitasiya müalicəsi
Qravitasiya fizikası çəkisizliyin insan orqanizminə təsirini də öyrənir, nəticələrini minimuma endirməyə çalışır. Bununla belə, bu elmin çoxlu nailiyyətləri planetin adi sakinləri üçün də faydalı ola bilər.
Həkimlər miopatiyada əzələ fermentlərinin davranışı ilə bağlı araşdırmalara böyük ümidlər bəsləyirlər. Bu ciddi xəstəlik erkən ölümə səbəb olur.
Aktiv olduqda fiziki fəaliyyətlər qana sağlam insan böyük həcmdə kreatin fosfokinaz fermenti verilir. Bu fenomenin səbəbi aydın deyil, bəlkə də yük hüceyrə membranına elə təsir edir ki, o, “deşik” olur. Miyopatiyalı xəstələr məşq etmədən eyni effekti əldə edirlər. Astronavtların müşahidələri göstərir ki, çəkisizlikdə aktiv fermentin qana axını xeyli azalır. Bu kəşf immersion istifadəsinin miopatiyaya səbəb olan amillərin mənfi təsirini azaldacağını göstərir. IN Bu an heyvanlar üzərində təcrübələr aparılır.
Bəzi xəstəliklərin müalicəsi artıq cazibə qüvvəsinin, o cümlədən süni cazibənin tədqiqindən əldə edilən məlumatlardan istifadə etməklə həyata keçirilir. Məsələn, həyata keçirilir serebral iflicin müalicəsi, vuruşlar, yük kostyumları istifadə edərək Parkinson. Dəstəyin, pnevmatik ayaqqabının müsbət təsirləri ilə bağlı araşdırmalar demək olar ki, tamamlandı.
Marsa uçacağıq?
Astronavtların son nailiyyətləri layihənin reallığına ümid verir. Yerdən uzaqda uzun müddət qaldıqda insana tibbi yardım göstərmək təcrübəsi var. Cazibə qüvvəsi bizimkindən 6 dəfə az olan Aya tədqiqat uçuşları da çoxlu faydalar gətirib. İndi astronavtlar və alimlər qarşılarına yeni bir məqsəd qoyurlar - Mars.
Qırmızı Planetə bilet üçün növbəyə durmadan əvvəl, işin ilk mərhələsində - yolda bədəni nə gözlədiyini bilməlisiniz. Orta hesabla səhra planetinə gedən yol bir il yarım - təxminən 500 gün çəkəcək. Yolda yalnız öz gücünə güvənməli olacaqsan, sadəcə olaraq kömək gözləmək üçün heç bir yer yoxdur.
Bir çox amillər gücünüzü sarsıdacaq: stress, radiasiya, çatışmazlıq maqnit sahəsi. Bədən üçün ən vacib sınaq ağırlıq qüvvəsinin dəyişməsidir. Səyahət zamanı insan bir neçə səviyyəli cazibə ilə “tanış olacaq”. Əvvəla, bunlar uçuş zamanı həddindən artıq yüklənmələrdir. Sonra - uçuş zamanı çəkisizlik. Bundan sonra - təyinat yerində hipoqravitasiya, çünki Marsda cazibə Yerin 40% -dən azdır.
Uzun uçuşda çəkisizliyin mənfi təsirləri ilə necə mübarizə aparırsınız? Ümid olunur ki, süni cazibə sahəsindəki inkişaflar yaxın gələcəkdə bu problemi həll etməyə kömək edəcək. Cosmos 936-da səyahət edən siçovullar üzərində aparılan təcrübələr göstərir ki, bu texnika bütün problemləri həll etmir.
ƏS təcrübəsi bunu çox göstərdi daha çox fayda bədən hər bir astronavt üçün tələb olunan yükü fərdi olaraq təyin edə bilən təlim komplekslərinin istifadəsindən faydalana bilər.
Hələlik güman edilir ki, Marsa təkcə tədqiqatçılar deyil, Qırmızı planetdə koloniya qurmaq istəyən turistlər də uçacaq. Onlar üçün ən azı ilk dəfə olaraq çəkisizlik hissləri həkimlərin belə şəraitdə uzun müddət qalmağın təhlükələri ilə bağlı bütün arqumentlərini üstələyəcək. Bununla belə, bir neçə həftədən sonra onların da köməyə ehtiyacı olacaq, ona görə də kosmik gəmidə süni cazibə yaratmağın yolunu tapmaq çox vacibdir.
Nəticələr
Kosmosda süni cazibə qüvvəsinin yaradılması ilə bağlı hansı nəticələrə gəlmək olar?
Hazırda nəzərdən keçirilən bütün variantlar arasında fırlanan struktur ən real görünür. Ancaq fiziki qanunların mövcud anlayışı ilə bu mümkün deyil, çünki gəmi içi boş silindr deyil. Daxildə ideyaların həyata keçirilməsinə mane olan üst-üstə düşmələr var.
Bundan əlavə, gəminin radiusu o qədər böyük olmalıdır ki, Koriolis effekti əhəmiyyətli təsir göstərməsin.
Belə bir şeyi idarə etmək üçün yuxarıda qeyd olunan O'Neill silindrinə ehtiyacınız var ki, bu da sizə gəmini idarə etmək imkanı verəcək. Bu vəziyyətdə, ekipajı rahat bir ağırlıq səviyyəsi ilə təmin edərkən belə bir dizayndan planetlərarası uçuşlar üçün istifadə etmək şansları artır.
Bəşəriyyət öz arzularını gerçəkləşdirməzdən əvvəl elmi fantastika əsərlərində bir az daha realizm və fizika qanunları haqqında daha çox bilik görmək istərdim.
Uzunmüddətli kosmos uçuşları, digər planetlərin tədqiqi, elmi fantastika yazıçıları İsaak Asimov, Stanislav Lem, Aleksandr Belyaev və başqalarının əvvəllər yazdıqları tamamilə olacaq. mümkün reallıq bilik sayəsində. Yerin cazibə səviyyəsini yenidən yaratmaqla biz mikroqravitasiyanın (çəkisizlik) insanlar üçün mənfi nəticələrindən (əzələ atrofiyası, hissiyyat, motor və vegetativ pozğunluqlardan) qaça biləcəyik. Yəni demək olar ki, istəyən hər kəs bədəninin fiziki xüsusiyyətlərindən asılı olmayaraq kosmosa gedə bilər. Eyni zamanda, kosmik gəminin göyərtəsində qalmağınız daha rahat olacaq. İnsanlar mövcud cihazlardan və onlara tanış olan qurğulardan (məsələn, duş, tualet) istifadə edə biləcəklər.
Yer üzündə cazibə səviyyəsi cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi ilə müəyyən edilir, orta hesabla 9,81 m / s 2 ("aşırı yük" 1 q), kosmosda isə çəkisizlik şəraitində təxminən 10 -6 q. K.E. Tsiolkovski, suya batırılanda və ya yataqda uzanarkən bədən çəkisinin hissi ilə kosmosda çəkisizlik vəziyyəti arasında analogiyalar gətirdi.
"Yer ağlın beşiyidir, amma sən beşikdə əbədi yaşaya bilməzsən."
"Dünya daha da sadə olmalıdır."
Konstantin Tsiolkovski
Maraqlıdır ki, qravitasiya biologiyası üçün müxtəlif qravitasiya şəraiti yaratmaq bacarığı əsl sıçrayış olacaq. Tədqiq etmək mümkün olacaq: mikro və makro səviyyələrdə strukturun, funksiyaların necə dəyişdiyini, müxtəlif böyüklük və istiqamətlərdə qravitasiya təsiri altında qanunauyğunluqları. Bu kəşflər, öz növbəsində, kifayət qədər yeni bir istiqamətin - qravitasiya terapiyasının inkişafına kömək edəcəkdir. Müalicə üçün cazibə qüvvəsindəki dəyişikliklərdən (Yerlə müqayisədə artan) istifadənin mümkünlüyü və effektivliyi nəzərdən keçirilir. Biz cazibə qüvvəsinin artdığını hiss edirik, sanki bədən bir az ağırlaşıb. Bu gün qravitasiya terapiyasının istifadəsi ilə bağlı araşdırmalar aparılır hipertoniya, həmçinin sınıqlar zamanı sümük toxumasının bərpası üçün.
(süni cazibə qüvvəsi) əksər hallarda ətalət və cazibə qüvvələrinin ekvivalentliyi prinsipinə əsaslanır. Ekvivalentlik prinsipi deyir ki, biz buna səbəb olan səbəbi ayırmadan təxminən eyni hərəkət sürətini hiss edirik: cazibə və ya ətalət qüvvələri. Birinci versiyada sürətlənmə qravitasiya sahəsinin təsirindən, ikincidə insanın yerləşdiyi qeyri-inertial istinad sisteminin (sürətlənmə ilə hərəkət edən sistem) hərəkətinin sürətlənməsi hesabına baş verir. Məsələn, inertial qüvvələrin oxşar təsirini liftdə (qeyri-inertial istinad çərçivəsi) bir şəxs kəskin qalxma (sürətlənmə ilə, bədən bir neçə saniyəyə ağırlaşdı kimi hiss) və ya əyləc zamanı yaşayır. (döşəmənin ayağının altından uzaqlaşdığı hissi). Fizika nöqteyi-nəzərindən: lift yuxarı qalxdıqda, qeyri-inertial sistemdə sərbəst düşmənin sürətlənməsinə kabinənin hərəkətinin sürətlənməsi əlavə olunur. Bərpa edildikdə vahid hərəkət- çəkidəki "artım" yox olur, yəni adi bədən çəkisi hissi geri qayıdır.
Bu gün, demək olar ki, 50 il əvvəl olduğu kimi, sentrifuqalardan süni cazibə qüvvəsi yaratmaq üçün istifadə olunur (kosmik sistemlərin fırlanması zamanı mərkəzdənqaçma sürətləndirilməsi istifadə olunur). Sadəcə olaraq, kosmik stansiyanın öz oxu ətrafında fırlanması zamanı mərkəzdənqaçma sürətlənməsi baş verəcək ki, bu da insanı fırlanma mərkəzindən uzaqlaşdıracaq və nəticədə astronavt və ya digər cisimlər “təxminən” yerdə ola biləcək. mərtəbə”. Bu prosesi və alimlərin hansı çətinliklərlə üzləşdiyini daha yaxşı başa düşmək üçün sentrifuqanı fırlatarkən mərkəzdənqaçma qüvvəsini təyin edən düstura baxaq:
F=m*v 2 *r, burada m kütlə, v xətti sürət, r fırlanma mərkəzindən məsafədir.
Xətti sürət bərabərdir: v=2π*rT, burada T saniyədə dövriyyələrin sayıdır, π ≈3,14…
Yəni kosmik gəmi nə qədər sürətlə fırlanırsa və astronavt mərkəzdən nə qədər uzaq olarsa, yaradılan süni cazibə qüvvəsi bir o qədər güclü olar.
Şəkilə diqqətlə baxaraq, kiçik bir radiusla bir insanın başı və ayaqları üçün cazibə qüvvəsinin əhəmiyyətli dərəcədə fərqli olacağını və bu da öz növbəsində hərəkəti çətinləşdirəcəyini görə bilərik.
Astronavt fırlanma istiqamətində hərəkət etdikdə Koriolis qüvvəsi yaranır. Bu vəziyyətdə, insanın daim hərəkət xəstəliyinə tutulması ehtimalı yüksəkdir. Gəmi dəqiqədə 2 dövrə fırlanma tezliyi ilə fırlanırsa, bu, 1 q süni cazibə qüvvəsi (Yerdəki kimi) yaradırsa, bunun qarşısını almaq olar. Lakin radius 224 metr olacaq (təxminən ¼ kilometr, bu məsafə 95 mərtəbəli binanın hündürlüyünə və ya iki böyük qırmızı ağac ağacının uzunluğuna bənzəyir). Yəni nəzəri olaraq bu ölçüdə orbital stansiya və ya kosmik gəmi qurmaq mümkündür. Lakin praktikada bu, qlobal kataklizmlərin yaxınlaşması kontekstində əhəmiyyətli dərəcədə resurslar, səy və vaxt sərfini tələb edir (bax: hesabata
) ehtiyacı olanlara real köməyə daha humanist istiqamətləndirilir.
Bir insan üçün tələb olunan ağırlıq səviyyəsini yenidən yaratmaq mümkün olmadığı üçün orbital stansiya və ya bir kosmik gəmi, elm adamları "barı endirmək", yəni Yerdən daha az cazibə qüvvəsi yaratmaq imkanını araşdırmaq qərarına gəldilər. Bu da onu göstərir ki, yarım əsrdən çox davam edən tədqiqatlar nəticəsində qənaətbəxş nəticə əldə etmək mümkün olmayıb. Bu, təəccüblü deyil, çünki təcrübələrdə onlar ətalət qüvvəsinin və ya başqalarının Yerdəki cazibə qüvvəsinə bənzər təsir göstərəcəyi şərait yaratmağa çalışırlar. Yəni məlum olur ki, süni cazibə əslində cazibə qüvvəsi deyil.
Bu gün elmdə cazibə qüvvəsinin nə olduğu ilə bağlı yalnız nəzəriyyələr mövcuddur ki, onların əksəriyyəti nisbilik nəzəriyyəsinə əsaslanır. Üstəlik, onlardan heç biri tamamlanmamışdır (heç bir şəraitdə hər hansı təcrübənin gedişatını, nəticələrini izah etmir və üstəlik, bəzən eksperimental olaraq təsdiqlənmiş digər fiziki nəzəriyyələrə uyğun gəlmir). Aydın bilik və anlayış yoxdur: cazibə nədir, cazibənin məkan və zamanla necə əlaqəsi var, hansı hissəciklərdən ibarətdir və onların xüsusiyyətləri nədir. Bu və bir çox digər suallara cavabları A.Novıxın “Ezoosmos” kitabında təqdim olunan məlumatları və İLKİN ALLATRA FİZİKASI hesabatını müqayisə etməklə tapmaq olar. tamamilə təklif edir yeni yanaşma fizikanın ilkin prinsipləri haqqında əsas biliklərə əsaslanır əsas hissəciklər, onların qarşılıqlı əlaqə nümunələri. Yəni, qravitasiya prosesinin mahiyyətini dərindən dərk etməyə və bunun nəticəsində həm kosmosda, həm də Yerdə qravitasiya şəraitinin istənilən dəyərini yenidən yaratmaq üçün dəqiq hesablamalar aparmaq imkanına (qravitasiya terapiyası), nəticələrin proqnozlaşdırılmasına əsaslanır. həm insan, həm də təbiət tərəfindən həyata keçirilən ağlasığmaz və ağlasığmaz təcrübələr.
İLKİN ALLATRA FİZİKASI fizikadan daha çox şeydir. O açır mümkün həllər istənilən mürəkkəblikdə olan vəzifələr. Ancaq ən əsası, hissəciklər və real hərəkətlər səviyyəsində baş verən proseslərin bilikləri sayəsində hər bir insan öz həyatının mənasını anlaya, sistemin necə işlədiyini başa düşə və mənəvi dünya ilə təmasda praktik təcrübə qazana bilər. Mənəviyyatın qloballığını və üstünlüyünü dərk etmək, şüurun çərçivə/şablon məhdudiyyətlərindən, sistemin hüdudlarından kənara çıxmaq, Həqiqi Azadlığı tapmaq.
“Necə deyərlər, əlinizdə universal açarlar olduqda (əsasları bilmək elementar hissəciklər), onda siz istənilən qapını (mikro və makro dünyanın) aça bilərsiniz.”
“Belə şəraitdə bunu keyfiyyətcə etmək olar yeni keçid sivilizasiyanı mənəvi özünüinkişafın, dünya və özünün genişmiqyaslı elmi biliyinin əsas axınına çevirmək.
“Bu dünyada insana zülm edən hər şeydən başlayaraq obsesif düşüncələr, aqressiv emosiyalar və eqoist istehlakçının stereotip istəkləri ilə bitən ‒ bu, insanın septon sahəsinin lehinə seçiminin nəticəsidir‒ insanlığı müntəzəm olaraq istismar edən maddi intellektual sistem. Ancaq insan öz mənəvi başlanğıcının seçiminə tabe olarsa, o, ölümsüzlük əldə edir. Və bunda din yoxdur, ancaq fizika bilikləri, onun ilkin əsasları var”.
Elena Fedorova
Kosmosla xüsusilə maraqlanmasanız belə, onu filmlərdə görmüsünüz, kitablarda oxumusunuz və ya burada oyunlar oynamısınız. kosmik mövzu mühüm yer tutacaq, çox yüksək olacaq. Eyni zamanda, əsərlərin əksəriyyətində, bir qayda olaraq, təbii qəbul edilən bir məqam var - kosmik gəmidə cazibə qüvvəsi. Bəs bu, ilk baxışdan göründüyü qədər sadə və aydındırmı?
Birincisi, bir az material. Əgər siz fizikanı məktəb kursundan kənara çıxarmırsınızsa (və bu, bu gün bizim üçün kifayətdir), onda cazibə cisimlərin əsas qarşılıqlı əlaqəsidir, bunun sayəsində onlar bir-birini cəlb edir. Daha kütləvi olanlar daha güclü, daha az kütləli olanlar daha zəif cəlb edir.
Material hissələri
Bizim vəziyyətimizdə aşağıdakılar vacibdir. Yer nəhəng bir obyektdir, buna görə də insanlar, heyvanlar, binalar, ağaclar, ot ləpələri, bunu oxuduğunuz kompüter Yerə çəkilir. Biz buna öyrəşmişik və əslində heç vaxt belə görünən xırda şeylər haqqında düşünmürük. Yerin cazibə qüvvəsinin bizim üçün əsas nəticəsidir cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi, başqa adla g, və 9,8 m/s²-ə bərabərdir. Bunlar. dəstək olmadıqda hər hansı bir cisim Yerin mərkəzinə doğru eyni dərəcədə sürətlənəcək və hər saniyədə 9,8 m/s sürət qazanacaq.
Məhz bu təsir sayəsində biz ayaq üstə dayana, “yuxarı” və “aşağı” anlayışlarına sahib ola bilərik, əşyaları yerə atırıq və s. Əslində, Yerin cazibə qüvvəsi aradan qaldırılsa, insan fəaliyyətinin bir çox növləri çox dəyişəcəkdi.
Bu, həyatlarının əhəmiyyətli bir hissəsini ISS-də keçirən astronavtlara daha yaxşı məlumdur. Necə içdiklərindən tutmuş müxtəlif fizioloji ehtiyaclar üçün getdiklərinə qədər bir çox şeyi necə edəcəyini yenidən öyrənməlidirlər. Burada bəzi nümunələr var.
Eyni zamanda, bir çox filmlərdə, seriallarda, oyunlarda və elmi fantastika sənətinin digər əsərlərində kosmik gəmilərdə cazibə "sadəcə mövcuddur". Onlar bunu təbii qəbul edirlər və tez-tez izah etməkdən belə çəkinmirlər. Əgər bunu izah etsələr, bu, bir növ inandırıcı deyil. İş prinsipi tamamilə daha mistik olan "cazibə generatorları" kimi bir şey, əslində bu yanaşma "gəmidəki cazibə qüvvəsindən" çox az fərqlənir. elə orada" Mənə elə gəlir ki, heç izah etməmək bir növ daha dürüstdür.
Süni cazibə qüvvəsinin nəzəri modelləri
Amma bütün bunlar o demək deyil ki, heç kim ümumiyyətlə süni cazibəni izah etməyə çalışmır. Bu barədə düşünsəniz, buna bir neçə yolla nail ola bilərsiniz.
Çoxlu kütlə
İlk və ən "düzgün" seçim gəmini çox kütləvi etməkdir. Bu metodu "düzgün" hesab etmək olar, çünki lazımi effekti təmin edəcək qravitasiya qarşılıqlı təsirdir.
Eyni zamanda, qeyri-reallıq bu üsul, məncə, aydındır. Belə bir gəmi üçün çoxlu materiala ehtiyacınız olacaq. Və qravitasiya sahəsinin paylanması ilə (və bunun vahid olması lazımdır) bir şeyə qərar vermək lazımdır.
Daimi sürətlənmə
9,8 m/s² sabit qravitasiya sürətinə nail olmağımız lazım olduğuna görə, niyə kosmik gəmini bununla öz müstəvisinə perpendikulyar sürətlənəcək platforma şəklində etməyək? g? Bu şəkildə, şübhəsiz ki, istənilən effekt əldə ediləcəkdir.
Ancaq bir neçə açıq problemlər var. Birincisi, daimi sürətlənməni təmin etmək üçün bir yerdən yanacaq almaq lazımdır. Və kimsə qəfildən maddənin emissiyasını tələb etməyən bir mühərriklə çıxsa belə, heç kim enerjinin qorunması qanununu ləğv etməmişdir.
İkinci problem daimi sürətlənmənin özüdür. Birincisi, indiki anlayışımıza görə fiziki qanunlar, siz əbədi olaraq sürətləndirə bilməzsiniz. Nisbilik nəzəriyyəsi qəti şəkildə əleyhinədir. İkincisi, gəmi vaxtaşırı istiqamətini dəyişsə belə, süni cazibə qüvvəsini təmin etmək üçün daima harasa uçmaq lazımdır. Bunlar. Planetlərin yaxınlığında uçmaqdan söhbət gedə bilməz. Gəmi özünü fırıldaqçı kimi aparmağa məcbur olacaq, dayansa, öləcək. Yəni bu seçim bizə uyğun deyil.
Karusel karusel
Və burada əyləncə başlayır. Əminəm ki, oxucuların hər biri karuselin necə işlədiyini və onun içindəki insanın hansı təsirləri yaşaya biləcəyini təsəvvür edə bilər. Üzərində olan hər şey fırlanma sürətinə uyğun olaraq sıçrayışa meyllidir. Karusel nöqteyi-nəzərindən məlum olur ki, hər şey radius boyunca yönəldilmiş qüvvədən təsirlənir. Olduqca "cazibə" bir şey.
Deməli bizə lazımdır uzununa oxu ətrafında fırlanacaq lülə şəklində gəmi. Elmi fantastikada bu cür variantlar kifayət qədər yaygındır, ona görə də Sci-Fi dünyası süni cazibəni izah etmək baxımından o qədər də ümidsiz deyil.
Beləliklə, bir az daha fizika. Bir ox ətrafında fırlanarkən, radius boyunca yönəldilmiş mərkəzdənqaçma qüvvəsi yaranır. Sadə hesablamalar nəticəsində (qüvvəni kütləyə bölməklə) istədiyimiz sürətlənməni əldə edirik. Bütün bunlar sadə bir düsturla hesablanır:
a=ω²R,
Harada a- sürətlənmə, R- fırlanma radiusu, a, ω - saniyədə radyanla ölçülən bucaq sürəti. Radian təxminən 57,3 dərəcədir.
Xəyali kosmik kreyserimizdə normal həyat sürmək üçün bizə nə lazımdır? Bizə gəminin radiusu və bucaq sürətinin elə birləşməsinə ehtiyacımız var ki, onların məhsulu cəmi 9,8 m/s² olsun.
Bir çox əsərdə oxşar bir şey görə bilərik: "2001: Kosmik Odissey" Stenli Kubrik, seriyası "Babil 5", Nolanın « » , roman "Üzük dünyası" Larri Niven, Kainat və qeyriləri. Onların hamısında cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi təxminən bərabərdir g, buna görə də hər şey olduqca məntiqli olur. Ancaq bu modellərin də problemləri var.
"Karusel"də problemlər
Ən bariz problemi izah etmək bəlkə də ən asan problemdir "Kosmik Odissey". Gəminin radiusu təxminən 8 metrdir. Sadə hesablamalardan istifadə edərək, g-ə bərabər bir sürətlənmə əldə etmək üçün təxminən 1,1 rad/s bucaq sürətinin tələb olunduğunu görürük ki, bu da dəqiqədə təxminən 10,5 dövrəyə bərabərdir.
Bu parametrlərlə belə çıxır ki Koriolis effekti. Texniki detallara varmadan problem ondadır ki, döşəmədən fərqli “yüksəkliklərdə” müxtəlif qüvvələr hərəkət edən cisimlərə təsir edəcək. Və bucaq sürətindən asılıdır. Beləliklə, virtual dizaynımızda gəmini çox tez döndərmək imkanımız yoxdur, çünki bu, qəfil, qeyri-intuitiv düşmələrdən tutmuş vestibulyar sistemlə bağlı problemlərə qədər problemlərlə doludur. Və yuxarıda qeyd olunan sürətlənmə düsturunu nəzərə alsaq, gəminin kiçik radiusunu ödəyə bilmərik. Ona görə də kosmik odyssey modelinə artıq ehtiyac yoxdur. Gəmilərdə təxminən eyni problem "Ulduzlararası", baxmayaraq ki, rəqəmlərlə hər şey o qədər də aydın deyil.
İkinci problem, belə demək mümkünsə, spektrin o biri tərəfindədir. Romanda Larri Niven "Üzük dünyası" gəmi təxminən yerin orbitinin radiusuna (1 AU ≈ 149 milyon km) bərabər radiuslu nəhəng halqadır. Beləliklə, məlum olur ki, o, kifayət qədər qənaətbəxş sürətlə fırlanır ki, Koriolis effekti insanlar üçün görünməz olsun. Hər şey uyğun görünür, amma bir şey var Amma. Belə bir quruluş yaratmaq üçün sizə böyük yüklərə tab gətirməli olacaq inanılmaz güclü material lazımdır, çünki bir inqilab təxminən 9 gün çəkməlidir. Bəşəriyyət belə bir quruluşun kifayət qədər möhkəmliyini necə təmin edəcəyini bilmir. Bir yerdə bu qədər maddə götürüb hər şeyi qurmaq lazım olduğunu demirəm.
Üzük Dünyası halda Salam və ya "Babil 5" bütün əvvəlki problemlər görünmür. Fırlanma sürəti kifayətdir ki, Coriolis effekti olmasın mənfi təsir, və belə bir gəminin qurulması, prinsipcə, mümkündür (ən azı nəzəri). Amma bu dünyaların da öz mənfi cəhətləri var. Onun adı angular impulsdur.
Babil 5 stansiyası Gəmini öz oxu ətrafında fırladaraq, biz onu nəhəng bir giroskopa çeviririk. Və məlumdur ki, giroskopu öz oxundan yayındırmaq olduqca çətindir. Hamısı dəqiq olaraq sistemdə saxlanmalı olan bucaq momentumuna görə. Bu o deməkdir ki, müəyyən istiqamətdə harasa uçmaq çətin olacaq. Amma bu problemi də həll etmək olar.
Bu olmalıdır
Bu həll adlanır "O'Neill's Silindr". Onun dizaynı olduqca sadədir. Hər biri öz istiqamətində fırlanan bir ox boyunca birləşdirilmiş iki eyni silindrli gəmi götürürük. Nəticədə, biz sıfır ümumi bucaq impulsumuz var, yəni gəmini istədiyiniz istiqamətə yönəltməkdə heç bir problem olmamalıdır. Təxminən 500 m (Babil 5-də olduğu kimi) və ya daha çox gəmi radiusu ilə hər şey lazım olduğu kimi işləməlidir.
Ümumi
Beləliklə, süni cazibə qüvvəsinin kosmik gəmilərdə necə həyata keçirilməli olduğuna dair hansı nəticələr çıxara bilərik? Təklif olunan bütün tətbiqlərdən müxtəlif növlər işləyirsə, ən real görünən fırlanan quruluşdur, burada "aşağıya" yönəldilmiş qüvvə mərkəzdənqaçma sürətlənməsi ilə təmin edilir. Fizika qanunlarına dair müasir anlayışımızı nəzərə alaraq, göyərtə kimi düz paralel strukturları olan bir gəmidə süni cazibə qüvvəsi yaratmaq mümkün deyil (çox vaxt müxtəlif elmi-fantastik əsərlərdə təsvir olunur).
Fırlanan gəminin radiusu kifayət qədər olmalıdır ki, Coriolis effekti insanlara təsir göstərməyəcək qədər kiçik olsun. Yaxşı nümunələr icad edilmiş dünyalar artıq qeyd olunanlar kimi xidmət edə bilər Salam Və Babil 5.
Belə gəmiləri idarə etmək üçün bir O'Neill silindrini - sistem üçün sıfır ümumi bucaq impulsunu təmin etmək üçün müxtəlif istiqamətlərdə fırlanan iki "barel" qurmaq lazımdır. Bu, gəmiyə adekvat nəzarət etməyə imkan verəcək.
Ümumilikdə astronavtları rahat qravitasiya şəraiti ilə təmin etmək üçün çox real reseptimiz var. Və həqiqətən belə bir şey qura bilməyincə, mən istərdim ki, kosmosla bağlı oyunların, filmlərin, kitabların və digər əsərlərin yaradıcıları fiziki realizmə daha çox diqqət yetirsinlər.
yaşayırıq Yandex.Zene, cəhd edin. Telegramda bir kanal var. Abunə olun, biz məmnun olarıq və siz də rahat olarsınız 👍 Miyav!B.V. Korolevin silahdaşı Rauschenbach, bir kosmik gəmidə süni cazibə yaratmaq ideyasının necə ortaya çıxmasından danışdı: 1963-cü ilin qışının sonunda, yolu qardan təmizləyən baş konstruktor. Ostankinskaya küçəsindəki evinin yaxınlığında bir epiphany var idi, deyə bilərsiniz. Bazar ertəsini gözləmədən yaxınlıqda yaşayan Rauschenbaxa zəng etdi və tezliklə birlikdə uzun uçuşlar üçün kosmosa "yol açmağa" başladılar.
Fikir, tez-tez olduğu kimi, sadə oldu; sadə olmalıdır, əks halda praktikada heç nə alına bilməz.
Şəkli tamamlamaq üçün. Mart 1966, Amerikalılar Əkizlər 11-də:
Saat 11:29-da Əkizlər 11 Agenadan ayrıldı. İndi əyləncə başlayır: kabellə birləşdirilən iki obyekt necə davranacaq? Əvvəlcə Konrad əlaqəni qravitasiya sabitliyinə daxil etməyə çalışdı - raket aşağıda, gəmi yuxarıda və kabel dartılsın.
Lakin güclü vibrasiya yaratmadan 30 m uzaqlaşmaq mümkün olmayıb. Saat 11:55-də təcrübənin ikinci hissəsinə - "süni cazibə qüvvəsinə" keçdik. Conrad ligamenti rotasiyaya daxil etdi; Əvvəlcə kabel əyri bir xətt boyunca uzandı, lakin 20 dəqiqədən sonra düzəldi və fırlanma olduqca düzgün oldu. Conrad sürətini 38 ° / dəq-ə, axşam yeməyindən sonra isə 55 ° / dəq-ə qədər artıraraq 0,00078 q ağırlıq yaratdı. Siz bunu "toxunmaq" üçün hiss edə bilməzdiniz, amma şeylər yavaş-yavaş kapsulun dibinə çökdü. Saat 14:42-də üç saatlıq fırlanmadan sonra sancaq atıldı və Əkizlər raketdən uzaqlaşdı.
