Gennady Brazhnik, 23 April 2011
Melihat Dunia, buka mata anda... (epik Yunani kuno)
Bagaimana untuk mencipta graviti buatan?
Ulang tahun kelima puluh penerokaan angkasa lepas, yang disambut tahun ini, telah menunjukkan potensi besar kecerdasan manusia dalam memahami Alam Semesta di sekelilingnya. Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) ialah stesen orbit berawak - projek antarabangsa bersama di mana 23 negara mengambil bahagian,
secara meyakinkan membuktikan minat program nasional dalam pembangunan angkasa lepas dekat dan jauh. Ini terpakai kepada kedua-dua bahagian saintifik, teknikal dan komersial bagi isu yang sedang dipertimbangkan. Pada masa yang sama, isu utama yang menghalang penerokaan angkasa lepas adalah masalah ketiadaan berat atau ketiadaan graviti pada objek angkasa sedia ada. "Graviti (graviti sejagat, graviti) ialah interaksi asas sejagat antara semua jasad material. Dalam penghampiran kelajuan rendah dan interaksi graviti lemah, ia diterangkan oleh teori graviti Newton, dalam kes am diterangkan oleh teori umum relativiti Einstein" - takrifan ini diberikan oleh sains moden fenomena ini. Sifat graviti pada masa ini tidak jelas. Perkembangan teori dalam rangka pelbagai teori graviti tidak menemui pengesahan percubaan mereka, yang mencadangkan kelulusan pramatang paradigma saintifik mengenai sifat interaksi graviti, sebagai salah satu daripada empat interaksi asas. Selaras dengan teori graviti Newton, daya graviti tarikan Bumi ditentukan oleh ungkapan F=m x g, dengan m ialah jisim jasad, dan g ialah pecutan graviti. "Pecutan graviti g ialah pecutan yang diberikan kepada jasad dalam vakum oleh graviti, iaitu jumlah geometri tarikan graviti planet (atau jasad astronomi lain) dan daya inersia yang disebabkan oleh putarannya. Menurut undang-undang kedua Newton, pecutan akibat graviti adalah sama dengan daya graviti yang bertindak ke atas objek berjisim unit. Nilai pecutan akibat graviti untuk Bumi biasanya diambil bersamaan dengan 9.8 atau 10 m/s╡. Nilai piawai (“normal”) yang diterima pakai semasa membina sistem unit ialah g = 9.80665 m/s╡, dan dalam pengiraan teknikal ia biasanya mengambil g = 9.81 m/s╡. Nilai g ditakrifkan sebagai “purata” dalam yang - rasa, pecutan graviti di Bumi adalah lebih kurang sama dengan pecutan graviti pada latitud 45.5° pada paras laut. Pecutan sebenar akibat graviti di permukaan Bumi bergantung pada latitud, masa hari dan faktor lain. Ia berbeza dari 9.780 m/s╡ di khatulistiwa hingga 9.832 m/s╡ di kutub." Ketidakpastian saintifik ini juga menimbulkan beberapa persoalan yang berkaitan dengan pemalar graviti dalam Teori Umum Relativiti. Adakah ia begitu malar jika, di bawah keadaan graviti, kita mempunyai sebaran parameter sedemikian. Hujah utama hampir semua teori graviti adalah seperti berikut: “Pecutan graviti terdiri daripada dua sebutan: pecutan graviti dan pecutan sentripetal. Perbezaannya adalah disebabkan oleh: pecutan sentripetal dalam rangka rujukan yang berkaitan dengan Bumi yang berputar; ketidaktepatan formula disebabkan oleh fakta bahawa jisim planet diagihkan ke atas isipadu, yang mempunyai bentuk geometri, berbeza daripada bola ideal (geoid); heterogenitas Bumi, yang digunakan untuk mencari mineral dengan anomali graviti." Pada pandangan pertama, ini adalah hujah yang cukup meyakinkan. Apabila diteliti lebih dekat, jelas bahawa hujah-hujah ini tidak menjelaskan sifat fizikal fenomena itu. Dalam Bumi rangka rujukan, yang dikaitkan dengan pecutan sentripetal dalam setiap titik geografi, semua komponen pengukuran pecutan graviti terletak. Oleh itu, kedua-dua objek yang diukur dan peralatan yang diukur terdedah kepada pengaruh yang sama, termasuk kedua-dua jisim teragih Bumi dan anomali graviti. Akibatnya, hasil pengukuran harus tetap, tetapi ini tidak berlaku. Di samping itu, ketidakpastian keadaan menyebabkan nilai pengiraan teori bagi pecutan jatuh bebas pada ketinggian penerbangan ISS - g= 8.8 m/s(2).Nilai sebenar graviti tempatan pada ISS ditentukan dalam 10(−3)...10(−1) g, yang dan menentukan tanpa berat. Pernyataan bahawa ISS sedang bergerak pada halaju lepasan dan adalah, seolah-olah, dalam keadaan jatuh bebas juga kelihatan tidak meyakinkan. Bagaimana pula dengan satelit geostasioner? Pada nilai g yang dikira ini, mereka akan jatuh ke Bumi lama dahulu. Di samping itu, jisim mana-mana badan boleh ditakrifkan sebagai ciri kuantitatif dan kualitatif cas elektriknya sendiri. Semua pertimbangan ini membawa kepada kesimpulan bahawa alam semula jadi graviti bumi tidak bergantung pada nisbah jisim objek yang berinteraksi, tetapi ditentukan oleh daya Coulomb interaksi elektrik medan graviti Bumi. Jika kita terbang dalam penerbangan mendatar di atas kapal terbang, pada ketinggian sepuluh km, maka hukum graviti dipenuhi sepenuhnya, tetapi semasa penerbangan yang sama di ISS pada ketinggian 350 km, hampir tidak ada graviti. Ini bermakna bahawa dalam ketinggian ini terdapat mekanisme yang membolehkan graviti ditentukan sebagai daya interaksi jasad material. Dan nilai daya ini ditentukan oleh hukum Newton. Bagi seseorang dengan berat 100 kg, daya tarikan graviti di aras tanah, tidak termasuk tekanan atmosfera, sepatutnya F = 100 x 9.8 = 980 n. Mengikut data sedia ada, atmosfera Bumi adalah secara elektrik struktur heterogen, lapisan yang ditentukan oleh ionosfera. "Ionosfera (atau termosfera) ialah sebahagian daripada atmosfera atas Bumi yang sangat terion akibat penyinaran oleh sinar kosmik yang datang terutamanya daripada Matahari. Ionosfera terdiri daripada campuran gas atom dan molekul neutral (terutamanya nitrogen N2 dan oksigen O2) dan plasma kuasineutral (bilangan zarah bercas negatif hanya lebih kurang sama dengan bilangan yang bercas positif). Darjah pengionan menjadi ketara sudah pada ketinggian 60 kilometer dan terus meningkat dengan jarak dari Bumi. Bergantung kepada ketumpatan zarah bercas N dalam ionosfera, lapisan D, E dan F dibezakan. Lapisan D Di kawasan D (60-90 km) kepekatan zarah bercas ialah Nmax ~ 10(2)-10(3) cm− 3 - ini adalah kawasan pengionan lemah. Sumbangan utama kepada pengionan rantau ini dibuat oleh sinaran sinar-X dari Matahari. Sumber pengionan lemah tambahan juga memainkan peranan kecil : meteorit terbakar pada ketinggian 60-100 km , sinar kosmik, serta zarah bertenaga magnetosfera (dibawa ke dalam lapisan ini semasa ribut magnet). Lapisan D juga dicirikan penurunan mendadak tahap pengionan pada waktu malam. Lapisan E Rantau E (90-120 km) dicirikan oleh ketumpatan plasma sehingga Nmax~ 10(5) cm−3. Dalam lapisan ini, peningkatan kepekatan elektron diperhatikan pada waktu siang, kerana sumber utama pengionan adalah sinaran gelombang pendek suria; lebih-lebih lagi, penggabungan semula ion dalam lapisan ini berjalan dengan cepat dan pada waktu malam ketumpatan ion boleh menurun kepada 10(3) cm−3. Proses ini dilawan oleh penyebaran cas dari kawasan F, yang terletak di atas, di mana kepekatan ion agak tinggi, dan oleh sumber pengionan malam (sinar geocorona Matahari, meteor, sinar kosmik, dll.). Secara sporadis, pada ketinggian 100-110 km, lapisan ES kelihatan, sangat nipis (0.5-1 km), tetapi padat. Satu ciri sublapisan ini ialah kepekatan tinggi elektron (ne~10(5) cm−3), yang mempunyai kesan ketara ke atas perambatan gelombang radio sederhana dan juga pendek yang dipantulkan dari kawasan ionosfera ini. Lapisan E, disebabkan kepekatan pembawa arus bebas yang agak tinggi, dimainkan peranan penting dalam perambatan gelombang sederhana dan pendek. Lapisan F Wilayah F kini dipanggil keseluruhan ionosfera di atas 130-140 km. Pembentukan ion maksimum dicapai pada ketinggian 150-200 km. Pada waktu siang, pembentukan "langkah" dalam pengagihan kepekatan elektron yang disebabkan oleh sinaran ultraungu suria yang kuat juga diperhatikan. Rantau langkah ini dipanggil rantau F1 (150-200 km). Ia memberi kesan ketara kepada perambatan gelombang radio pendek Bahagian atas lapisan F sehingga 400 km dipanggil lapisan F2. Di sini ketumpatan zarah bercas mencapai maksimum - N ~ 10(5)-10(6) cm−3. Pada ketinggian tinggi, lebih ringan ion oksigen mendominasi (pada ketinggian 400-1000 km), dan lebih tinggi - ion hidrogen ( proton) dan dalam kuantiti yang kecil - ion helium." Dua utama teori moden elektrik atmosfera dicipta pada pertengahan abad kedua puluh oleh saintis Inggeris Charles Wilson dan saintis Soviet Ya. I. Frenkel. Menurut teori Wilson, Bumi dan ionosfera memainkan peranan plat kapasitor yang dicas oleh awan petir. Perbezaan potensi yang timbul antara plat membawa kepada kemunculan medan elektrik di atmosfera. Menurut teori Frenkel, medan elektrik atmosfera dijelaskan sepenuhnya oleh fenomena elektrik yang berlaku di troposfera - polarisasi awan dan interaksinya dengan Bumi, dan ionosfera tidak memainkan peranan penting dalam perjalanan proses elektrik atmosfera. Mengitlak konsep teori interaksi elektrik di atmosfera membayangkan isu graviti Bumi dari sudut pandangan elektrostatik. Berdasarkan fakta yang diketahui umum di atas, adalah mungkin untuk menentukan nilai interaksi elektrik graviti badan bahan di bawah keadaan graviti. Untuk melakukan ini, pertimbangkan model berikut. Mana-mana badan tenaga bahan, berada dalam medan elektrik, akan menjalankan interaksi Coulomb tertentu. Bergantung pada organisasi dalaman cas elektrik, ia sama ada akan tertarik pada salah satu tiang elektrik, atau berada dalam keadaan keseimbangan dalam medan ini. Tahap cas elektrik setiap badan ditentukan oleh kepekatan elektron bebasnya sendiri (untuk manusia, kepekatan sel darah merah). Kemudian model interaksi graviti tarikan bumi boleh diwakili dalam bentuk kapasitor sfera yang terdiri daripada dua sfera berongga sepusat, jejarinya ditentukan oleh jejari Bumi dan ketinggian lapisan ionosfera F2. Terdapat seseorang atau badan material lain dalam medan elektrik ini. Caj elektrik permukaan Bumi adalah negatif, ionosfera adalah positif berhubung dengan Bumi. Caj elektrik seseorang berhubung dengan permukaan Bumi adalah positif, oleh itu, daya interaksi Coulomb di permukaan akan sentiasa menarik seseorang ke Bumi. Kehadiran lapisan ionosfera membayangkan bahawa jumlah kapasiti elektrik bagi kapasitor sedemikian ditentukan oleh jumlah kapasitansi setiap lapisan apabila disambung secara bersiri: 1/Tot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C (F2). Oleh kerana pengiraan kejuruteraan anggaran sedang dijalankan, kami akan mengambil kira lapisan ionosfera tenaga utama, yang mana kami akan mengambil data awal berikut: lapisan E - ketinggian 100 km, lapisan F - ketinggian 200 km, lapisan F2 - ketinggian 400 km. Untuk kesederhanaan, kami tidak akan mempertimbangkan lapisan D dan lapisan Es sporadis yang terbentuk dalam ionosfera semasa peningkatan atau penurunan aktiviti suria. Dalam Rajah. Rajah 1 menunjukkan rajah taburan lapisan ionosfera atmosfera Bumi dan elektrik. rajah litar proses yang sedang dipertimbangkan.
Litar elektrik dalam Rajah 1.a menunjukkan sambungan bersiri tiga kapasitor, yang mana Etotal voltan malar dibekalkan. Selaras dengan undang-undang elektrostatik, pengedaran caj elektrik pada plat setiap kapasitor C1, C2 dan C3 ia ditunjukkan secara bersyarat +/-. Berdasarkan pengagihan cas elektrik ini, kekuatan medan tempatan timbul dalam rangkaian, yang arahnya bertentangan dengan voltan terpakai keseluruhan. Dalam bahagian rangkaian ini, pergerakan cas elektrik akan berada dalam arah yang bertentangan, berbanding dengan Jumlah. Rajah 1.b menunjukkan gambar rajah lapisan ionosfera atmosfera Bumi, yang diterangkan sepenuhnya oleh litar elektrik sambungan bersiri kapasitor. Daya interaksi Coulomb antara lapisan ionosfera ditetapkan sebagai Fg. Mengikut tahap kepekatan cas elektrik, lapisan atas ionosfera F2 adalah positif secara elektrik berkenaan dengan permukaan bumi. Disebabkan fakta bahawa zarah angin suria dengan tenaga kinetik yang berbeza menembusi keseluruhan kedalaman atmosfera, jumlah daya interaksi Coulomb setiap lapisan akan ditentukan oleh jumlah vektor jumlah daya graviti Fg jumlah dan daya graviti a lapisan ionosfera yang berasingan. Formula untuk mengira kapasitansi pemuat sfera ialah: C = 4x(pi)x e(a)x r1xr2/(r2-r1), di mana C ialah kemuatan pemuat sfera; r1 - jejari sfera dalam, sama dengan jumlah jejari Bumi ialah 6,371.0 km dan ketinggian lapisan ionosfera bawah; r2 ialah jejari sfera luar, sama dengan jumlah jejari Bumi dan ketinggian lapisan ionosfera atas; e(a)=e(0)x e - pemalar dielektrik mutlak, di mana e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Kemudian nilai dikira bulat untuk kemuatan setiap lapisan ionosfera akan mempunyai nilai berikut: C (E)=47 µF, C(F)=46 µF, C(F2)=25 µF. Jumlah kapasiti keseluruhan ionosfera, dengan mengambil kira lapisan utama, adalah kira-kira 12 μF. Jarak antara lapisan ionosfera adalah jauh lebih kecil daripada jejari Bumi, oleh itu, pengiraan daya Coulomb yang bertindak ke atas cas boleh dijalankan menggunakan formula kapasitor rata: Fg= e(a) x A x U (2) /(2xd(2)), dengan A ialah plat luas (pi x (Rз+ h)(2)); U - voltan; d - jarak antara lapisan; e(a)=e(0)x e - pemalar dielektrik mutlak, di mana e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Maka nilai pengiraan daya interaksi Coulomb bagi setiap lapisan ionosfera akan mempunyai nilai berikut: 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). Mari kita tentukan nilai tekanan atmosfera untuk badan seberat 100 kg. Formula pengiraan akan mempunyai bentuk berikut: F=m x g= Fg(E) + Fgtot. Menggantikan nilai yang diketahui ke dalam formula ini, kita mendapat nilai U = 126 kV. Akibatnya, daya interaksi Coulomb bagi lapisan ionosfera akan ditentukan oleh nilai berikut: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Fgjumlah= 63n. Setelah mengira semula pecutan jatuh bebas setiap lapisan ionosfera, dengan mengambil kira interaksi Newtonian, kami memperoleh nilai berikut: g(E)= +9.83 m/s(2); g(F)= -8.73 m/s(2); g(F1)= - 1.75 m/s(2). Perlu diingatkan bahawa nilai yang dikira ini tidak mengambil kira parameter intrinsik atmosfera, iaitu tekanan dan rintangan alam sekitar, yang disebabkan oleh kepekatan molekul oksigen dan nitrogen dalam setiap lapisan ionosfera. Hasil daripada pengiraan kejuruteraan anggaran, nilai yang diperolehi g(F1) = -1.75 m/s(2) yang sepadan dengan nilai sebenar graviti tempatan pada ISS - 10(−3)...10 (−1) g. Percanggahan dalam keputusan adalah disebabkan oleh fakta bahawa imbangan kilasan yang digunakan untuk mengukur pecutan graviti tidak ditentukur kepada nilai negatif - sesuatu yang tidak dijangka oleh sains moden. Untuk mencipta graviti buatan, dua syarat mesti dipenuhi. Cipta sistem terpencil elektrik mengikut keperluan teorem Gauss, iaitu, pastikan peredaran vektor kekuatan medan elektrik dalam sfera tertutup dan sediakan di dalam sfera ini kekuatan medan elektrik yang diperlukan untuk mencipta daya interaksi Coulomb 1000 N. Kekuatan medan boleh dikira menggunakan formula: F= e(a) x A x E(2) /2, di mana A ialah luas plat; E - kekuatan medan elektrik; e(a)=e(0)x e - pemalar dielektrik mutlak, dengan e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Menggantikan data ke dalam formula, untuk 10 sq.m kita memperoleh nilai kekuatan medan elektrik , sama dengan E = 4.75 x 10(6) V/m. Sekiranya ketinggian bilik adalah tiga meter, maka untuk memastikan voltan yang dikira adalah perlu untuk menggunakan voltan malar ke siling lantai dengan nilai U = E x d = 14.25 MV. Dengan arus 1 A, adalah perlu untuk memastikan rintangan plat kapasitor sedemikian sebanyak 14.25 MOhm. Dengan menukar voltan, anda boleh mendapatkan parameter graviti yang berbeza. Susunan magnitud pengiraan menunjukkan bahawa pembangunan sistem graviti buatan adalah kemungkinan sebenar. Orang Yunani kuno betul: "Melihat dunia, buka mata anda ...". Hanya jawapan sebegitu boleh diberikan berkenaan sifat graviti bumi. Selama 200 tahun sekarang, manusia telah secara aktif mengkaji undang-undang elektrostatik, termasuk undang-undang Coulomb dan teorem Gauss. Formula untuk kapasitor sfera telah dikuasai secara praktikal untuk masa yang lama. Yang tinggal hanyalah membuka mata anda dunia dan mula menggunakannya untuk menjelaskan perkara yang kelihatan mustahil. Tetapi apabila kita semua memahami bahawa graviti buatan adalah realiti, maka isu penggunaan komersial penerbangan angkasa akan menjadi relevan dan akan menjadi telus untuk pemahaman.
Moscow, April 2011 Brazhnik G.N.
Malah seseorang yang tidak berminat dengan angkasa lepas sekurang-kurangnya pernah melihat filem tentang perjalanan angkasa lepas atau membaca tentang perkara sedemikian dalam buku. Dalam hampir semua kerja sedemikian, orang berjalan di sekitar kapal, tidur seperti biasa, dan tidak mempunyai masalah makan. Ini bermakna kapal ini - fiksyen - mempunyai graviti buatan. Kebanyakan penonton menganggap ini sebagai sesuatu yang semula jadi, tetapi ini tidak sama sekali.
Graviti buatan
Ini adalah nama untuk menukar (dalam mana-mana arah) graviti yang biasa kita gunakan dalam pelbagai cara. Dan ini dilakukan bukan sahaja dalam karya fiksyen sains, tetapi juga dalam situasi duniawi yang sangat nyata, selalunya untuk eksperimen.
Secara teori, mencipta graviti buatan tidak kelihatan begitu sukar. Sebagai contoh, ia boleh dicipta semula menggunakan inersia, atau lebih tepat lagi, keperluan untuk daya ini tidak timbul semalam - ia berlaku serta-merta, sebaik sahaja seseorang mula bermimpi penerbangan angkasa lepas jangka panjang. Mencipta graviti buatan di angkasa akan membolehkan anda mengelakkan banyak masalah yang timbul semasa tempoh tanpa berat yang berpanjangan. Otot angkasawan menjadi lemah dan tulang menjadi kurang kuat. Perjalanan dalam keadaan sedemikian selama berbulan-bulan boleh menyebabkan atrofi beberapa otot.
Oleh itu, hari ini penciptaan graviti buatan adalah tugas yang paling penting; tanpa kemahiran ini adalah mustahil.
Bahan
Malah yang tahu fizik hanya di peringkat kurikulum sekolah, faham bahawa graviti adalah salah satu daripada undang-undang asas dunia kita: semua badan berinteraksi antara satu sama lain, mengalami tarikan/penolakan bersama. Bagaimana badan lebih besar, semakin tinggi daya tarikannya.
Bumi untuk realiti kita adalah objek yang sangat besar. Itulah sebabnya semua badan di sekelilingnya, tanpa pengecualian, tertarik kepadanya.
Bagi kami, ini bermakna, yang biasanya diukur dalam g, bersamaan dengan 9.8 meter sesaat persegi. Ini bermakna jika kita tidak mempunyai sokongan di bawah kaki kita, kita akan jatuh pada kelajuan yang meningkat sebanyak 9.8 meter setiap saat.
Oleh itu, hanya berkat graviti kita dapat berdiri, jatuh, makan dan minum secara normal, memahami di mana di atas dan di mana di bawah. Jika graviti hilang, kita akan mendapati diri kita dalam ketiadaan berat.
Angkasawan yang mendapati diri mereka berada di angkasa dalam keadaan melambung tinggi—jatuh bebas—terutama mengenali fenomena ini.
Secara teorinya, saintis tahu cara mencipta graviti buatan. Terdapat beberapa kaedah.
Jisim besar
Pilihan yang paling logik ialah menjadikannya begitu besar sehingga graviti buatan muncul di atasnya. Anda akan dapat berasa selesa di atas kapal, kerana orientasi di angkasa tidak akan hilang.
Malangnya, kaedah ini pembangunan moden teknologi tidak realistik. Untuk membina objek sedemikian memerlukan terlalu banyak sumber. Di samping itu, mengangkatnya memerlukan jumlah tenaga yang luar biasa.
Pecutan
Nampaknya jika anda ingin mencapai g sama dengan yang di Bumi, anda hanya perlu memberikan kapal itu bentuk rata (seperti platform) dan menjadikannya bergerak serenjang dengan pesawat dengan pecutan yang diperlukan. Dengan cara ini, graviti buatan akan diperolehi, dan graviti ideal pada itu.
Walau bagaimanapun, pada hakikatnya semuanya adalah lebih rumit.
Pertama sekali, ia patut mempertimbangkan isu bahan api. Agar stesen sentiasa memecut, adalah perlu untuk mempunyai bekalan kuasa yang tidak terganggu. Walaupun enjin tiba-tiba muncul yang tidak mengeluarkan jirim, undang-undang pemuliharaan tenaga akan kekal berkuat kuasa.
Masalah kedua ialah idea itu sendiri pecutan berterusan. Mengikut pengetahuan dan undang-undang fizikal kita, adalah mustahil untuk memecut selama-lamanya.
Di samping itu, kenderaan sedemikian tidak sesuai untuk misi penyelidikan, kerana ia mesti sentiasa memecut - terbang. Dia tidak akan dapat berhenti untuk mengkaji planet ini, dia tidak akan dapat terbang mengelilinginya dengan perlahan - dia mesti memecut.
Oleh itu, menjadi jelas bahawa graviti buatan tersebut belum lagi tersedia untuk kita.
karusel
Semua orang tahu bagaimana putaran karusel mempengaruhi badan. Oleh itu, peranti graviti buatan berdasarkan prinsip ini nampaknya paling realistik.
Segala-galanya yang berada dalam diameter karusel cenderung terjatuh daripadanya pada kelajuan yang lebih kurang sama dengan kelajuan putaran. Ternyata jasad itu digerakkan oleh daya yang diarahkan sepanjang jejari objek berputar. Ia sangat serupa dengan graviti.
Jadi, kapal dengan bentuk silinder diperlukan. Pada masa yang sama, ia mesti berputar di sekeliling paksinya. By the way, graviti buatan kapal angkasa, dicipta mengikut prinsip ini, sering ditayangkan dalam filem fiksyen sains.
Kapal tong berputar-putar paksi membujur, mencipta daya emparan, arahnya sepadan dengan jejari objek. Untuk mengira pecutan yang terhasil, anda perlu membahagikan daya dengan jisim.
Dalam formula ini, hasil pengiraan adalah pecutan, pembolehubah pertama ialah kelajuan nod (diukur dalam radian sesaat), yang kedua ialah jejari.
Menurut ini, untuk mendapatkan g yang biasa kita lakukan, adalah perlu untuk menggabungkan radius pengangkutan angkasa dengan betul.
Masalah yang sama diketengahkan dalam filem seperti Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey dan seumpamanya. Dalam semua kes ini, graviti buatan adalah hampir dengan pecutan bumi akibat graviti.
Sehebat mana pun idea itu, agak sukar untuk melaksanakannya.
Masalah dengan kaedah karusel
Masalah yang paling jelas diserlahkan dalam A Space Odyssey. Jejari "pengangkut angkasa" adalah kira-kira 8 meter. Untuk mendapatkan pecutan 9.8, putaran mesti berlaku pada kelajuan kira-kira 10.5 pusingan setiap minit.
Pada nilai ini, "kesan Coriolis" muncul, yang terdiri daripada fakta bahawa daya yang berbeza bertindak pada jarak yang berbeza dari lantai. Ia secara langsung bergantung kepada halaju sudut.
Ternyata graviti buatan akan dicipta di angkasa, tetapi putaran badan yang terlalu cepat akan membawa kepada masalah dengan bahagian dalam telinga. Ini, seterusnya, menyebabkan ketidakseimbangan, masalah dengan radas vestibular dan lain-lain - yang serupa - kesukaran.
Kemunculan halangan ini menunjukkan bahawa model sedemikian amat tidak berjaya.
Anda boleh cuba pergi dari sebaliknya, seperti yang mereka lakukan dalam novel "The Ring World". Di sini kapal itu dibuat dalam bentuk cincin, jejarinya hampir dengan jejari orbit kita (kira-kira 150 juta km). Pada saiz ini, kelajuan putarannya mencukupi untuk mengabaikan kesan Coriolis.
Anda mungkin menganggap bahawa masalah itu telah diselesaikan, tetapi ini tidak berlaku sama sekali. Hakikatnya ialah revolusi penuh struktur ini di sekeliling paksinya mengambil masa 9 hari. Ini menunjukkan bahawa beban akan terlalu besar. Agar struktur itu dapat menahannya, bahan yang sangat kuat diperlukan, yang tidak ada pada kami hari ini. Di samping itu, masalahnya ialah jumlah bahan dan proses pembinaan itu sendiri.
Dalam permainan tema yang sama, seperti dalam filem "Babylon 5", masalah ini entah bagaimana diselesaikan: kelajuan putaran cukup mencukupi, kesan Coriolis tidak penting, secara hipotesis adalah mungkin untuk mencipta kapal sedemikian.
Walau bagaimanapun, dunia sedemikian mempunyai kelemahan. Namanya ialah momentum sudut.
Kapal itu, berputar di sekeliling paksinya, bertukar menjadi giroskop yang besar. Seperti yang anda ketahui, adalah sangat sukar untuk memaksa giroskop untuk menyimpang dari paksinya kerana hakikat bahawa kuantitinya tidak meninggalkan sistem adalah penting. Ini bermakna bahawa ia akan menjadi sangat sukar untuk memberi arah kepada objek ini. Namun, masalah ini boleh diselesaikan.
Penyelesaian
Graviti tiruan di stesen angkasa tersedia apabila Silinder O'Neill datang untuk menyelamatkan. Untuk mencipta reka bentuk ini, kapal silinder yang sama diperlukan, yang disambungkan di sepanjang paksi. Mereka harus berputar dalam arah yang berbeza. Hasil pemasangan sedemikian adalah momentum sudut sifar, jadi tidak perlu ada kesukaran untuk memberikan arah yang diperlukan kapal.
Sekiranya mungkin untuk membuat kapal dengan radius kira-kira 500 meter, maka ia akan berfungsi dengan tepat seperti yang sepatutnya. Pada masa yang sama, graviti buatan di angkasa akan agak selesa dan sesuai untuk penerbangan jauh di kapal atau stesen penyelidikan.
Jurutera Angkasa
Pencipta permainan tahu cara mencipta graviti buatan. Walau bagaimanapun, dalam dunia fantasi ini, graviti bukanlah tarikan bersama badan, tetapi daya linear yang direka untuk mempercepatkan objek ke arah tertentu. Tarikan di sini bukanlah mutlak; ia berubah apabila sumber diubah hala.
Graviti tiruan di stesen angkasa dicipta dengan menggunakan penjana khas. Ia adalah seragam dan sama arah dalam julat penjana. Jadi, di dunia nyata, jika anda berada di bawah kapal dengan penjana dipasang, anda akan ditarik ke arah badan kapal. Walau bagaimanapun, dalam permainan wira akan jatuh sehingga dia meninggalkan perimeter peranti.
Hari ini, graviti buatan di angkasa yang dicipta oleh peranti sedemikian tidak dapat diakses oleh manusia. Walau bagaimanapun, walaupun pemaju berambut kelabu tidak berhenti bermimpi mengenainya.
Penjana sfera
Ini adalah pilihan peralatan yang lebih realistik. Apabila dipasang, graviti diarahkan ke arah penjana. Ini memungkinkan untuk mencipta stesen yang gravitinya akan sama dengan stesen planet.
Empar
Hari ini, graviti buatan di Bumi ditemui dalam pelbagai peranti. Mereka berdasarkan, untuk sebahagian besar, pada inersia, kerana daya ini dirasai oleh kita dengan cara yang sama dengan pengaruh graviti - badan tidak membezakan punca yang menyebabkan pecutan. Sebagai contoh: seseorang yang menaiki lif mengalami pengaruh inersia. Melalui mata seorang ahli fizik: kenaikan lif menambah pecutan kabin kepada pecutan jatuh bebas. Apabila kabin kembali ke pergerakan yang diukur, "kenaikan" dalam berat hilang, mengembalikan sensasi biasa.
Para saintis telah lama berminat dengan graviti buatan. Sentrifuge paling kerap digunakan untuk tujuan ini. Kaedah ini sesuai bukan sahaja untuk kapal angkasa, tetapi juga untuk stesen tanah di mana perlu untuk mengkaji kesan graviti pada tubuh manusia.
Belajar di Bumi, memohon dalam...
Walaupun kajian graviti bermula di angkasa, ia adalah sains yang sangat terestrial. Malah pada hari ini, kemajuan dalam bidang ini telah menemui aplikasi mereka, sebagai contoh, dalam bidang perubatan. Mengetahui sama ada adalah mungkin untuk mencipta graviti buatan di planet ini, ia boleh digunakan untuk merawat masalah dengan sistem muskuloskeletal atau sistem saraf. Lebih-lebih lagi, kajian daya ini dijalankan terutamanya di Bumi. Ini membolehkan angkasawan menjalankan eksperimen sambil kekal di bawah perhatian doktor. Graviti tiruan di angkasa adalah perkara lain; tidak ada orang di sana yang boleh membantu angkasawan sekiranya berlaku situasi yang tidak dijangka.
Mengingati tanpa berat sepenuhnya, seseorang tidak boleh mengambil kira satelit yang terletak di orbit Bumi rendah. Objek ini, walaupun sedikit, dipengaruhi oleh graviti. Daya graviti yang dijana dalam kes sedemikian dipanggil mikrograviti. Graviti sebenar dialami hanya dalam kenderaan yang terbang dengan kelajuan tetap di angkasa lepas. Walau bagaimanapun, tubuh manusia tidak merasakan perbezaan ini.
Anda boleh mengalami tanpa berat semasa lompat jauh (sebelum kanopi terbuka) atau semasa penurunan parabola pesawat. Eksperimen sedemikian sering dilakukan di Amerika Syarikat, tetapi di atas kapal terbang sensasi ini hanya bertahan selama 40 saat - ini terlalu pendek untuk kajian penuh.
Di USSR, pada tahun 1973, mereka tahu sama ada ia mungkin untuk mencipta graviti buatan. Dan mereka bukan sahaja menciptanya, tetapi juga mengubahnya dalam beberapa cara. Contoh yang menarik perhatian pengurangan graviti buatan - rendaman kering, rendaman. Untuk mencapai kesan yang diingini, anda perlu meletakkan filem tebal di permukaan air. Orang itu diletakkan di atasnya. Di bawah berat badan, badan tenggelam di bawah air, hanya meninggalkan kepala di bahagian atas. Model ini menunjukkan persekitaran tanpa sokongan, graviti rendah yang mencirikan lautan.
Tidak perlu pergi ke angkasa untuk mengalami kuasa berlawanan tanpa berat - hipergraviti. Apabila kapal angkasa berlepas dan mendarat dalam emparan, beban yang berlebihan bukan sahaja dapat dirasai, tetapi juga dikaji.
Rawatan graviti
Fizik graviti juga mengkaji kesan tanpa berat badan pada tubuh manusia, cuba meminimumkan akibatnya. Walau bagaimanapun, sejumlah besar pencapaian sains ini juga boleh berguna kepada penduduk biasa di planet ini.
Doktor meletakkan harapan besar pada penyelidikan ke atas tingkah laku enzim otot dalam miopati. ini penyakit serius membawa kepada kematian awal.
Semasa aktiviti fizikal aktif darah orang yang sihat sejumlah besar enzim kreatin fosfokinase dibekalkan. Sebab fenomena ini tidak jelas; mungkin beban bertindak pada membran sel sedemikian rupa sehingga ia menjadi "lubang." Pesakit miopati mendapat kesan yang sama tanpa bersenam. Pemerhatian angkasawan menunjukkan bahawa dalam ketiadaan berat, aliran enzim aktif ke dalam darah berkurangan dengan ketara. Penemuan ini menunjukkan bahawa penggunaan rendaman akan mengurangkan kesan negatif faktor yang membawa kepada miopati. Eksperimen terhadap haiwan sedang dijalankan.
Rawatan beberapa penyakit telah pun dijalankan menggunakan data yang diperoleh daripada kajian graviti, termasuk graviti buatan. Sebagai contoh, rawatan cerebral palsy, strok, dan Parkinson dijalankan melalui penggunaan sut tekanan. Penyelidikan mengenai kesan positif sokongan, kasut pneumatik, telah hampir selesai.
Adakah kita akan terbang ke Marikh?
Pencapaian terbaru angkasawan memberi harapan untuk realiti projek itu. Terdapat pengalaman dalam memberikan sokongan perubatan kepada seseorang semasa berada jauh dari Bumi. Penyelidikan penerbangan ke Bulan, yang daya gravitinya 6 kali lebih rendah daripada kita, juga telah membawa banyak faedah. Kini angkasawan dan saintis menetapkan matlamat baharu untuk diri mereka - Marikh.
Sebelum beratur untuk tiket ke Planet Merah, anda harus tahu apa yang menanti badan itu pada peringkat pertama kerja - dalam perjalanan. Secara purata, jalan ke planet padang pasir akan mengambil masa satu setengah tahun - kira-kira 500 hari. Sepanjang perjalanan anda hanya perlu bergantung pada kekuatan anda sendiri; tiada tempat untuk menunggu bantuan.
Banyak faktor akan menjejaskan kekuatan anda: tekanan, radiasi, kekurangan medan magnet. Ujian yang paling penting untuk badan adalah perubahan graviti. Semasa perjalanan, seseorang akan "berkenalan" dengan beberapa tahap graviti. Pertama sekali, ini adalah lebihan beban semasa berlepas. Kemudian - tanpa berat semasa penerbangan. Selepas ini - hipograviti di destinasi, kerana graviti di Marikh adalah kurang daripada 40% daripada Bumi.
Bagaimanakah anda mengatasi kesan negatif tanpa berat pada penerbangan yang jauh? Diharapkan perkembangan dalam bidang graviti tiruan dapat membantu menyelesaikan isu ini dalam masa terdekat. Eksperimen ke atas tikus yang mengembara di Cosmos 936 menunjukkan bahawa teknik ini tidak menyelesaikan semua masalah.
Pengalaman OS telah menunjukkan sebanyak itu lebih banyak faedah badan boleh mendapat manfaat daripada penggunaan kompleks latihan yang boleh menentukan beban yang diperlukan untuk setiap angkasawan secara individu.
Buat masa ini, dipercayai bukan sahaja penyelidik akan terbang ke Marikh, tetapi juga pelancong yang ingin menubuhkan koloni di Planet Merah. Bagi mereka, sekurang-kurangnya untuk pertama kalinya, sensasi berada dalam keadaan tanpa berat akan mengatasi semua hujah doktor tentang bahaya tinggal lama dalam keadaan sedemikian. Walau bagaimanapun, dalam beberapa minggu mereka juga akan memerlukan bantuan, itulah sebabnya sangat penting untuk dapat mencari cara untuk mencipta graviti buatan pada kapal angkasa.
Keputusan
Apakah kesimpulan yang boleh dibuat tentang penciptaan graviti buatan di angkasa?
Di antara semua pilihan yang sedang dipertimbangkan, struktur berputar kelihatan paling realistik. Walau bagaimanapun, dengan pemahaman semasa undang-undang fizikal, ini adalah mustahil, kerana kapal itu bukan silinder berongga. Terdapat pertindihan di dalam yang mengganggu pelaksanaan idea.
Selain itu, jejari kapal mestilah terlalu besar sehingga kesan Coriolis tidak mempunyai kesan yang ketara.
Untuk mengawal sesuatu seperti ini, anda memerlukan silinder O'Neill yang disebutkan di atas, yang akan memberi anda keupayaan untuk mengawal kapal. Dalam kes ini, peluang untuk menggunakan reka bentuk sedemikian untuk penerbangan antara planet sambil menyediakan krew tahap graviti yang selesa meningkat.
Sebelum manusia berjaya merealisasikan impiannya, saya ingin melihat sedikit lagi realisme dan lebih banyak pengetahuan tentang undang-undang fizik dalam karya fiksyen sains.
Penerbangan angkasa lepas jangka panjang, penerokaan planet lain, apa yang ditulis oleh penulis fiksyen sains Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev dan lain-lain sebelum ini, akan menjadi sepenuhnya kemungkinan realiti berkat ilmu. Oleh kerana dengan mencipta semula tahap graviti bumi, kita akan dapat mengelakkan akibat negatif mikrograviti (kekurangan berat) kepada manusia (atrofi otot, deria, gangguan motor dan autonomi). Iaitu, hampir semua orang yang ingin pergi ke angkasa lepas, tanpa mengira ciri-ciri fizikal badan mereka. Pada masa yang sama, penginapan anda di atas kapal angkasa akan menjadi lebih selesa. Orang ramai akan dapat menggunakan peranti dan kemudahan sedia ada yang biasa bagi mereka (contohnya, pancuran mandian, tandas).
Di Bumi, tahap graviti ditentukan oleh pecutan graviti, secara purata bersamaan dengan 9.81 m/s 2 ("lebihan" 1 g), manakala di angkasa, dalam keadaan tanpa berat, kira-kira 10 -6 g. K.E. Tsiolkovsky memetik analogi antara sensasi berat badan apabila direndam dalam air atau berbaring di atas katil dengan keadaan tanpa berat di angkasa.
"Bumi adalah buaian fikiran, tetapi anda tidak boleh hidup selama-lamanya dalam buaian."
"Dunia sepatutnya lebih mudah."
Konstantin Tsiolkovsky
Menariknya, untuk biologi graviti, keupayaan untuk mencipta keadaan graviti yang berbeza akan menjadi kejayaan sebenar. Ia akan menjadi mungkin untuk mengkaji: bagaimana struktur, fungsi pada tahap mikro dan makro berubah, corak di bawah pengaruh graviti dengan magnitud dan arah yang berbeza. Penemuan ini, seterusnya, akan membantu membangunkan arah yang agak baru - terapi graviti. Kemungkinan dan keberkesanan menggunakan perubahan graviti (meningkat berbanding Bumi) untuk rawatan sedang dipertimbangkan. Kami merasakan peningkatan graviti, seolah-olah badan telah menjadi sedikit berat. Hari ini, penyelidikan sedang dijalankan mengenai penggunaan terapi graviti untuk hipertensi, serta untuk pemulihan tisu tulang sekiranya berlaku patah tulang.
(graviti buatan) dalam kebanyakan kes adalah berdasarkan prinsip kesetaraan daya inersia dan graviti. Prinsip kesetaraan mengatakan bahawa kita merasakan pecutan pergerakan yang hampir sama tanpa membezakan punca yang menyebabkannya: graviti atau daya inersia. Dalam versi pertama, pecutan berlaku disebabkan oleh pengaruh medan graviti, dalam yang kedua, disebabkan oleh pecutan pergerakan sistem rujukan bukan inersia (sistem yang bergerak dengan pecutan) di mana orang itu berada. Sebagai contoh, kesan daya inersia yang serupa dialami oleh seseorang di dalam lif (kerangka rujukan bukan inersia) semasa naik mendadak (dengan pecutan, perasaan seolah-olah badan menjadi lebih berat selama beberapa saat) atau brek. (perasaan bahawa lantai bergerak jauh dari bawah kaki seseorang). Dari sudut pandangan fizik: apabila lif naik ke atas, pecutan pergerakan kabin ditambah kepada pecutan jatuh bebas dalam sistem bukan inersia. Apabila dipulihkan gerakan seragam- "kenaikan" berat badan hilang, iaitu, perasaan biasa berat badan kembali.
Hari ini, seperti hampir 50 tahun yang lalu, emparan digunakan untuk mencipta graviti buatan (pecutan emparan digunakan apabila sistem ruang berputar). Ringkasnya, semasa putaran stesen angkasa di sekeliling paksinya, pecutan emparan akan berlaku, yang akan "menolak" seseorang dari pusat putaran dan akibatnya, angkasawan atau objek lain akan dapat berada di " lantai”. Untuk lebih memahami proses ini dan kesukaran yang dihadapi oleh saintis, mari kita lihat formula yang menentukan daya emparan semasa memutarkan emparan:
F=m*v 2 *r, dengan m ialah jisim, v ialah kelajuan linear, r ialah jarak dari pusat putaran.
Kelajuan linear adalah sama dengan: v=2π*rT, dengan T ialah bilangan putaran sesaat, π ≈3.14…
Iaitu, lebih cepat kapal angkasa berputar, dan lebih jauh dari pusat angkasawan, semakin kuat graviti buatan yang dicipta.
Setelah melihat angka itu dengan teliti, kita dapat melihat bahawa dengan jejari yang kecil, daya graviti untuk kepala dan kaki seseorang akan berbeza dengan ketara, yang seterusnya akan menyukarkan pergerakan.
Apabila angkasawan bergerak ke arah putaran, daya Coriolis timbul. Dalam kes ini, terdapat kebarangkalian yang tinggi bahawa orang itu akan sentiasa mendapat mabuk perjalanan. Ini boleh dielakkan jika kapal berputar pada frekuensi putaran 2 pusingan seminit, yang menghasilkan daya graviti buatan 1g (seperti di Bumi). Tetapi jejarinya ialah 224 meter (kira-kira ¼ kilometer, jarak ini sama dengan ketinggian bangunan 95 tingkat atau panjang dua pokok merah besar). Iaitu, secara teorinya adalah mungkin untuk membina stesen orbit atau kapal angkasa sebesar ini. Tetapi dalam praktiknya, ini memerlukan perbelanjaan besar sumber, usaha dan masa, yang, dalam konteks mendekati bencana global (lihat laporan
) lebih berperikemanusiaan terus kepada bantuan sebenar kepada mereka yang memerlukan.
Disebabkan ketidakmungkinan mencipta semula tahap graviti yang diperlukan untuk seseorang stesen orbit atau kapal angkasa, saintis memutuskan untuk mengkaji kemungkinan "menurunkan palang," iaitu mencipta daya graviti kurang daripada Bumi. Yang menunjukkan bahawa lebih setengah abad penyelidikan tidak mungkin untuk mendapatkan hasil yang memuaskan. Ini tidak menghairankan kerana dalam eksperimen mereka berusaha untuk mewujudkan keadaan di mana daya inersia atau yang lain akan mempunyai kesan yang serupa dengan kesan graviti di Bumi. Iaitu, ternyata graviti buatan, sebenarnya, bukan graviti.
Hari ini dalam sains hanya ada teori tentang apa itu graviti, yang kebanyakannya berdasarkan teori relativiti. Selain itu, tidak satu pun daripada mereka yang lengkap (tidak menjelaskan kursus, keputusan mana-mana eksperimen di bawah sebarang keadaan, dan selain itu, kadang-kadang ia tidak konsisten dengan teori fizikal lain yang disahkan secara eksperimen). Tidak ada pengetahuan dan pemahaman yang jelas: apakah graviti, bagaimana graviti berkaitan dengan ruang dan masa, zarah apa yang terdiri daripadanya dan apakah sifatnya. Jawapan kepada ini dan banyak soalan lain boleh didapati dengan membandingkan maklumat yang dibentangkan dalam buku "Ezoosmos" oleh A. Novykh dan laporan PRIMORDIAL ALLATRA FIZIK. menawarkan secara mutlak pendekatan baru, yang berdasarkan pengetahuan asas tentang prinsip utama fizik zarah asas, corak interaksi mereka. Iaitu, berdasarkan pemahaman yang mendalam tentang intipati proses graviti dan, sebagai akibatnya, kemungkinan pengiraan yang tepat untuk mencipta semula sebarang nilai keadaan graviti baik di angkasa dan di Bumi (terapi graviti), meramalkan hasil eksperimen yang dapat dibayangkan dan tidak dapat dibayangkan yang dilakukan oleh manusia dan alam.
FIZIK ALLATRA PRIMORDIAL adalah lebih daripada sekadar fizik. Dia membuka penyelesaian yang mungkin tugasan apa-apa kerumitan. Tetapi yang paling penting, terima kasih kepada pengetahuan tentang proses yang berlaku pada tahap zarah dan tindakan sebenar, setiap orang dapat memahami makna hidupnya, memahami bagaimana sistem berfungsi dan mendapat pengalaman praktikal dalam hubungan dengan dunia rohani. Untuk merealisasikan globaliti dan keutamaan Rohani, untuk keluar dari kerangka/template batasan kesedaran, di luar had sistem, untuk mencari Kebebasan Sejati.
"Seperti yang mereka katakan, apabila anda mempunyai kunci universal di tangan anda (pengetahuan asas zarah asas), maka anda boleh membuka mana-mana pintu (dunia mikro dan makro).”
“Di bawah keadaan sedemikian, adalah mungkin untuk secara kualitatif peralihan baru tamadun ke dalam arus perdana pembangunan diri rohani, pengetahuan saintifik berskala besar tentang dunia dan diri sendiri.”
“Segala sesuatu yang menindas seseorang di dunia ini, bermula dari pemikiran obsesif, emosi yang agresif dan berakhir dengan keinginan stereotaip pengguna yang ego ‒ ini adalah hasil pilihan seseorang yang memihak kepada bidang septon‒ sistem pintar material yang secara rutin mengeksploitasi manusia. Tetapi jika seseorang mengikuti pilihan permulaan rohaninya, maka dia memperoleh keabadian. Dan tidak ada agama dalam hal ini, tetapi terdapat pengetahuan tentang fizik, asas-asas primordialnya."
Elena Fedorova
Walaupun anda tidak begitu berminat dengan angkasa lepas, kemungkinan besar anda pernah melihatnya dalam filem, membaca tentangnya dalam buku atau bermain permainan di mana tema angkasa akan menduduki tempat yang penting, sangat tinggi. Pada masa yang sama, dalam kebanyakan karya terdapat satu perkara yang, sebagai peraturan, diambil mudah - graviti pada kapal angkasa. Tetapi adakah ia semudah dan jelas seperti yang kelihatan pada pandangan pertama?
Pertama, sedikit perkakasan. Jika anda tidak menyelidiki fizik di luar kursus sekolah (dan itu akan cukup untuk kita hari ini), maka graviti adalah interaksi asas badan, yang mana mereka semua menarik antara satu sama lain. Yang lebih besar menarik lebih kuat, yang kurang besar menarik lebih lemah.
Bahan
Dalam kes kami, perkara berikut adalah penting. Bumi ialah objek besar, jadi manusia, haiwan, bangunan, pokok, bilah rumput, komputer yang anda baca ini semuanya tertarik kepada Bumi. Kami sudah biasa dengan ini dan sebenarnya tidak pernah memikirkan perkara yang kelihatan remeh itu. Akibat utama graviti Bumi bagi kita ialah pecutan graviti, juga dikenali sebagai g, dan bersamaan dengan 9.8 m/s². Itu. mana-mana badan tanpa sokongan akan sama memecut ke arah pusat Bumi, memperoleh kelajuan 9.8 m/s setiap saat.
Berkat kesan ini kita boleh berdiri tegak di atas kaki kita, mempunyai konsep "atas" dan "bawah," menjatuhkan barang di atas lantai, dsb. Sebenarnya, banyak jenis aktiviti manusia akan banyak diubah suai jika graviti Bumi dialihkan.
Ini paling diketahui oleh angkasawan yang menghabiskan sebahagian besar hidup mereka di ISS. Mereka perlu belajar semula cara melakukan banyak perkara, daripada cara mereka minum sehinggalah cara mereka mencari pelbagai keperluan fisiologi. Berikut adalah beberapa contoh.
Pada masa yang sama, dalam banyak filem, siri TV, permainan dan karya seni Sci-Fi yang lain, graviti pada kapal angkasa "hanya wujud." Ia dipandang remeh dan selalunya tidak mahu menjelaskan. Dan jika mereka menerangkannya, ia entah bagaimana tidak meyakinkan. Sesuatu seperti "penjana graviti", prinsip operasinya sedikit lebih mistik daripada sepenuhnya, jadi sebenarnya pendekatan ini berbeza sedikit daripada "graviti di atas kapal" hanya di sana" Nampaknya saya tidak menjelaskan sama sekali adalah lebih jujur.
Model teori graviti buatan
Tetapi semua ini tidak bermakna tiada siapa yang cuba menjelaskan graviti buatan sama sekali. Jika anda memikirkannya, anda boleh mencapainya dalam beberapa cara.
Banyak jisim
Pilihan pertama dan paling "betul" ialah menjadikan kapal itu sangat besar. Kaedah ini boleh dianggap "betul" kerana ia adalah interaksi graviti yang akan memberikan kesan yang diperlukan.
Pada masa yang sama, tidak realiti kaedah ini, saya fikir, adalah jelas. Untuk kapal sedemikian, anda memerlukan banyak bahan. Dan dengan pengagihan medan graviti (dan kita memerlukannya supaya seragam), sesuatu perlu diputuskan.
Pecutan berterusan
Memandangkan kita perlu mencapai pecutan graviti malar sebanyak 9.8 m/s², mengapa tidak menjadikan kapal angkasa dalam bentuk platform yang akan memecut berserenjang dengan satahnya dengan ini. g? Dengan cara ini, kesan yang diingini sudah pasti akan dicapai.
Tetapi terdapat beberapa masalah yang jelas. Pertama, anda perlu mendapatkan bahan api dari suatu tempat untuk memastikan pecutan berterusan. Dan walaupun seseorang tiba-tiba muncul dengan enjin yang tidak memerlukan pelepasan bahan, tiada siapa yang membatalkan undang-undang pemuliharaan tenaga.
Masalah kedua ialah sifat pecutan berterusan. Pertama, menurut pemahaman semasa kita tentang undang-undang fizikal, adalah mustahil untuk mempercepatkan selama-lamanya. Teori relativiti sangat ditentang. Kedua, walaupun kapal berubah arah secara berkala, untuk memberikan graviti buatan ia akan sentiasa perlu terbang ke suatu tempat. Itu. Tidak boleh diperkatakan tentang mana-mana berlegar berhampiran planet. Kapal itu akan dipaksa untuk berkelakuan seperti cerek, yang jika ia berhenti, ia akan mati. Jadi pilihan ini tidak sesuai dengan kita.
karusel karusel
Dan di sinilah keseronokan bermula. Saya pasti bahawa setiap pembaca boleh membayangkan bagaimana karusel berfungsi dan apakah kesan yang boleh dialami oleh seseorang di dalamnya. Semua yang ada di atasnya cenderung melompat keluar mengikut kadar kelajuan putaran. Dari sudut pandangan karusel, ternyata semuanya dipengaruhi oleh daya yang diarahkan sepanjang jejari. Perkara yang agak "graviti".
Jadi kita perlukan kapal berbentuk tong yang akan berputar mengelilingi paksi membujurnya. Pilihan sedemikian agak biasa dalam fiksyen sains, jadi dunia Sci-Fi tidak begitu putus asa dari segi menjelaskan graviti buatan.
Jadi, sedikit lagi fizik. Apabila berputar mengelilingi paksi, daya emparan dijana diarahkan sepanjang jejari. Hasil daripada pengiraan mudah (membahagikan daya dengan jisim), kami memperoleh pecutan yang diingini. Keseluruhan ini dikira mengikut formula mudah:
a=ω²R,
di mana a- pecutan, R- jejari putaran, a, ω - halaju sudut, diukur dalam radian sesaat. Satu radian adalah kira-kira 57.3 darjah.
Apa yang kita perlu dapatkan untuk kehidupan normal di kapal penjelajah angkasa khayalan kita? Kami memerlukan gabungan jejari dan halaju sudut kapal sedemikian sehingga produk mereka menghasilkan sejumlah 9.8 m/s².
Kita dapat melihat sesuatu yang serupa dalam banyak karya: "2001: A Space Odyssey" Stanley Kubrick, siri "Babylon 5", milik Nolan « » , novel "Dunia Cincin" Larry Niven, Alam semesta dan lain lain. Dalam kesemuanya, pecutan graviti adalah lebih kurang sama g, jadi semuanya ternyata agak logik. Walau bagaimanapun, model ini juga mempunyai masalah.
Masalah dalam "karousel"
Masalah yang paling jelas mungkin paling mudah untuk dijelaskan "Odyssey Angkasa". Jejari kapal adalah lebih kurang 8 meter. Dengan menggunakan pengiraan mudah, kita dapati bahawa untuk mencapai pecutan sama dengan g, halaju sudut kira-kira 1.1 rad/s diperlukan, yang bersamaan dengan kira-kira 10.5 pusingan seminit.
Dengan parameter ini, ternyata itu Kesan Coriolis. Tanpa pergi ke butiran teknikal, masalahnya ialah pada "ketinggian" yang berbeza dari lantai, daya yang berbeza akan bertindak ke atas badan yang bergerak. Dan ia bergantung kepada halaju sudut. Jadi dalam reka bentuk maya kami, kami tidak mampu untuk memutar kapal terlalu cepat, kerana ini penuh dengan masalah, mulai dari kejatuhan secara tiba-tiba, tidak intuitif kepada masalah dengan sistem vestibular. Dan dengan mengambil kira formula pecutan yang disebutkan di atas, kami tidak mampu membayar jejari kecil kapal. Oleh itu, model space odyssey tidak lagi diperlukan. Mengenai masalah yang sama dengan kapal dari "Antara bintang", walaupun dengan nombor semuanya tidak begitu jelas.
Masalah kedua adalah di sisi lain spektrum, boleh dikatakan. Dalam novel Larry Niven "Dunia Cincin" kapal itu ialah cincin gergasi dengan jejari lebih kurang sama dengan jejari orbit bumi (1 AU ≈ 149 juta km). Oleh itu, ternyata ia berputar pada kelajuan yang cukup memuaskan sehingga kesan Coriolis tidak dapat dilihat oleh manusia. Semuanya nampak sesuai, tetapi ada satu perkara Tetapi. Untuk mencipta struktur sedemikian, anda memerlukan bahan yang sangat kuat yang perlu menahan beban yang besar, kerana satu revolusi perlu mengambil masa kira-kira 9 hari. Manusia tidak tahu bagaimana untuk memastikan kekuatan yang mencukupi bagi struktur sedemikian. Belum lagi fakta bahawa di suatu tempat anda perlu mengambil begitu banyak perkara dan membina semuanya.
Dunia Cincin Dalam kes Halo atau "Babylon 5" segala masalah sebelum ini seolah-olah tiada. Dan kelajuan putaran adalah mencukupi supaya kesan Coriolis tidak mempunyai kesan negatif, dan, pada dasarnya, mungkin untuk membina kapal sedemikian (sekurang-kurangnya secara teori). Tetapi dunia ini juga mempunyai kelemahan mereka. Namanya ialah momentum sudut.
Stesen dari Babylon 5 Dengan memutarkan kapal di sekeliling paksinya, kami mengubahnya menjadi giroskop gergasi. Dan ia diketahui agak sukar untuk memesongkan giroskop dari paksinya. Semuanya tepat kerana momentum sudut, jumlah yang mesti dikekalkan dalam sistem. Ini bermakna bahawa terbang ke suatu tempat ke arah tertentu akan menjadi sukar. Tetapi masalah ini juga boleh diselesaikan.
Ia harus
Penyelesaian ini dipanggil "Silinder O'Neill". Reka bentuknya agak mudah. Kami mengambil dua kapal silinder yang sama yang disambungkan di sepanjang paksi, setiap satunya berputar ke arahnya sendiri. Akibatnya, kita mempunyai jumlah momentum sudut sifar, yang bermaksud tidak sepatutnya ada masalah dengan mengarahkan kapal ke arah yang dikehendaki. Dengan radius kapal kira-kira 500 m (seperti di Babylon 5) atau lebih, semuanya harus berfungsi sebagaimana mestinya.
Jumlah
Jadi, apakah kesimpulan yang boleh kita buat tentang bagaimana graviti buatan harus dilaksanakan dalam kapal angkasa? Daripada semua pelaksanaan yang dicadangkan dalam pelbagai jenis berfungsi, ia adalah struktur berputar yang kelihatan paling realistik, di mana daya yang diarahkan "ke bawah" disediakan oleh pecutan sentripetal. Tidak mustahil untuk mencipta graviti buatan pada kapal dengan struktur selari rata seperti dek (seperti yang sering digambarkan dalam pelbagai Sci-Fi), dengan mengambil kira pemahaman moden kita tentang undang-undang fizik
Jejari kapal berputar mestilah mencukupi bahawa kesan Coriolis cukup kecil untuk tidak menjejaskan manusia. Contoh-contoh yang baik dari dunia khayalan adalah yang telah disebutkan Halo Dan Babylon 5.
Untuk mengawal kapal sedemikian, anda perlu membina silinder O'Neill - dua "tong" berputar dalam arah yang berbeza untuk memberikan jumlah momentum sudut sifar untuk sistem. Ini akan membolehkan kawalan kapal yang mencukupi.
Secara keseluruhan, kami mempunyai resipi yang sangat realistik untuk menyediakan angkasawan dengan keadaan graviti yang selesa. Dan sehingga kita benar-benar boleh membina sesuatu seperti ini, saya ingin pencipta permainan, filem, buku dan karya lain tentang ruang memberi lebih perhatian kepada realisme fizikal.
Kita tinggal di Yandex.Zene, cuba. Terdapat saluran di Telegram. Langgan, kami akan gembira dan anda akan selesa 👍 Meow!B.V. Rauschenbach, rakan seperjuangan Korolev, bercakap tentang bagaimana dia menghasilkan idea untuk mencipta graviti buatan pada kapal angkasa: pada akhir musim sejuk 1963, ketua pereka, yang membersihkan laluan salji. berhampiran rumahnya di Jalan Ostankinskaya, mempunyai pencerahan, boleh dikatakan. Tanpa menunggu hari Isnin, dia menelefon Rauschenbach, yang tinggal berdekatan, dan tidak lama kemudian bersama-sama mereka mula "membersihkan jalan" ke angkasa untuk penerbangan panjang.
Idea, seperti yang sering berlaku, ternyata mudah; ia mestilah mudah, jika tidak, tiada apa-apa yang mungkin berjaya dalam amalan.
Untuk melengkapkan gambar. Mac 1966, Amerika pada Gemini 11:
Pada jam 11:29 pagi, Gemini 11 berlepas dari Agena. Sekarang keseronokan bermula: bagaimanakah dua objek yang disambungkan oleh kabel berkelakuan? Pada mulanya, Conrad cuba memperkenalkan pautan ke dalam penstabilan graviti - supaya roket akan tergantung di bawah, kapal di atas dan kabel akan tegang.
Walau bagaimanapun, ia tidak mungkin untuk bergerak sejauh 30 m tanpa menyebabkan getaran yang kuat. Pada 11:55 kami beralih ke bahagian kedua percubaan - "graviti buatan". Conrad memperkenalkan ligamen ke dalam putaran; Pada mulanya kabel terbentang sepanjang garis melengkung, tetapi selepas 20 minit ia diluruskan dan putaran menjadi agak betul. Conrad meningkatkan kelajuannya kepada 38 °/min, dan selepas makan malam kepada 55 °/min, menghasilkan berat 0.00078g. Anda tidak dapat merasakannya "untuk disentuh," tetapi perkara itu perlahan-lahan mendap ke bahagian bawah kapsul. Pada 14:42, selepas tiga jam putaran, pin itu ditembak, dan Gemini bergerak menjauhi roket.
