Gennadiy Brajnik, 2011 yil 23 aprel
Dunyoga qarab, ko'zingizni oching ... (qadimgi yunon eposi)
Sun'iy tortishish qanday yaratiladi?
Joriy yilda nishonlanadigan kosmik tadqiqotlarning 50 yilligi atrofdagi olamni tushunishda inson aqlining ulkan salohiyatini ko'rsatdi. Xalqaro kosmik stansiya (XKS) boshqariladigan orbital stansiya boʻlib, 23 mamlakat ishtirok etadigan qoʻshma xalqaro loyihadir.
milliy dasturlarning ham yaqin, ham uzoq koinotni o‘zlashtirishdan manfaatdorligini ishonchli isbotlaydi. Bu ko'rib chiqilayotgan masalaning ilmiy, texnik va tijorat tomoniga ham tegishli. Shu bilan birga, koinotni ommaviy tadqiq qilish yo'lida turgan asosiy masala - bu mavjud kosmik ob'ektlarda vaznsizlik yoki tortishishning yo'qligi muammosi. "Gravitatsiya (universal tortishish, tortishish) barcha moddiy jismlar o'rtasidagi universal fundamental o'zaro ta'sirdir. Past tezlik va zaif tortishish o'zaro ta'sirini yaqinlashtirishda u Nyutonning tortishish nazariyasi tomonidan tasvirlangan. umumiy holat Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi tomonidan tasvirlangan" - bu ta'rif tomonidan berilgan zamonaviy fan bu hodisa. Gravitatsiyaning tabiati hozircha aniq emas. Nazariy ishlanmalar turli tortishish nazariyalari doirasida o'zlarining eksperimental tasdiqini topa olmadilar, bu esa gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirning tabiati haqidagi ilmiy paradigmani to'rtta fundamental o'zaro ta'sirlardan biri sifatida muddatidan oldin tasdiqlashni taklif qiladi. Nyutonning tortishish nazariyasiga muvofiq, Yerning tortishish kuchi F=m x g ifoda bilan aniqlanadi, bu erda m - jismning massasi, g - tortishish tezlashishi. "Og'irlik tezlashuvi g - bu vakuumdagi jismga tortishish ta'sirida berilgan tezlanish, ya'ni geometrik yig'indi sayyoraning (yoki boshqa astronomik jismning) tortishish kuchi va uning aylanishidan kelib chiqadigan inertsiya kuchlari. Nyutonning ikkinchi qonuniga koʻra, tortishish taʼsirida tezlanish massa birligi boʻlgan jismga taʼsir etuvchi ogʻirlik kuchiga teng. Yer uchun tortishish tezlashuvining qiymati odatda 9,8 yoki 10 m/s╡ ga teng qabul qilinadi. Birliklar tizimini qurishda qabul qilingan standart ("normal") qiymat g = 9,80665 m/s╡ ni tashkil qiladi va texnik hisob-kitoblarda ular odatda g = 9,81 m/s╡ ni oladi. g qiymati "o'rtacha" sifatida belgilangan. qaysi - ma'noda, Yerdagi tortishish tezlashishi taxminan dengiz sathida 45,5 ° kenglikdagi tortishish tezlashishiga teng. Yer yuzasida tortishish tufayli haqiqiy tezlashuv kenglik, kun vaqti va boshqa omillarga bog'liq. U ekvatorda 9,780 m/s╡ dan qutblarda 9,832 m/s╡ gacha o'zgarib turadi." Bu ilmiy noaniqlik umumiy nisbiylik nazariyasidagi tortishish doimiysi bilan bog'liq bir qator savollarni ham tug'diradi. Agar u shunday doimiy bo'lsa? tortishish sharoitlari, bizda parametrlarning shunday tarqalishi bor.Deyarli barcha tortishish nazariyalarining asosiy argumentlari quyidagilardir: «Ogirlik tezlanishi ikki atamadan iborat: tortishish tezlanishi va markazga harakat tezlanishi. Farqlar quyidagilarga bog'liq: aylanuvchi Yer bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar tizimidagi markazlashtirilgan tezlashuv; sayyora massasi hajmi bo'yicha taqsimlanganligi sababli formulaning noto'g'riligi geometrik shakl, ideal to'pdan farqli (geoid); Gravitatsion anomaliyalar boʻyicha foydali qazilmalarni izlashda foydalaniladigan Yerning heterojenligi.” Bir qarashda bular ancha ishonchli dalillardir. Yaqinroq oʻrganib chiqqach, bu dalillar hodisaning fizik mohiyatini tushuntirib bera olmasligi ayon boʻladi. Har bir geografik nuqtada markazlashtirilgan tezlanish bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar tizimi, tortishish tezlashishini o'lchashning barcha komponentlari joylashgan.Shuning uchun ham o'lchangan ob'ekt ham, o'lchangan asbob-uskunalar ham bir xil ta'sirga duchor bo'ladi, shu jumladan Yerning taqsimlangan massasi ham. va tortishish anomaliyalari.Demak, o'lchash natijasi doimiy bo'lishi kerak, lekin bu sodir bo'lmaydi.Bundan tashqari, vaziyatning noaniqligi ISSning parvoz balandligida erkin tushish tezlashishining nazariy hisoblangan qiymatlarini keltirib chiqaradi - g = 8,8 m/s(2).XKSda mahalliy tortishishning haqiqiy qiymati 10(−3)...10(−1) g ichida aniqlanadi va bu vaznsizlikni aniqlaydi.XKS qochish tezligida harakatlanayotgani haqidagi bayonotlar va bo'lgani kabi, erkin yiqilish holatida ham ishonchsiz ko'rinadi. Geostatsionar sun'iy yo'ldoshlar haqida nima deyish mumkin? Bu g ning hisoblangan qiymatida ular Yerga ancha oldin tushgan bo'lar edi. Bundan tashqari, har qanday jismning massasi o'z elektr zaryadining miqdoriy va sifat ko'rsatkichi sifatida belgilanishi mumkin. Bularning barchasi tabiat degan xulosaga keladi yerning tortishish kuchi o'zaro ta'sir qiluvchi ob'ektlar massalarining nisbatiga bog'liq emas, balki Yerning tortishish maydonining elektr o'zaro ta'sirining Kulon kuchlari bilan belgilanadi. Agar biz samolyotda gorizontal parvozda, o'n km balandlikda uchadigan bo'lsak, unda tortishish qonunlari to'liq qondiriladi, ammo ISSda 350 km balandlikda xuddi shu parvoz paytida tortishish deyarli yo'q. Bu shuni anglatadiki, bu balandliklar ichida tortishish kuchini moddiy jismlarning o'zaro ta'sir kuchi sifatida aniqlashga imkon beruvchi mexanizm mavjud. Va bu kuchning qiymati Nyuton qonuni bilan belgilanadi. Og'irligi 100 kg bo'lgan odam uchun yer sathida tortishish kuchi, bundan mustasno atmosfera bosimi, F = 100 x 9,8 = 980 n bo'lishi kerak. Mavjud ma'lumotlarga ko'ra, Yer atmosferasi elektrdir heterojen tuzilish, qatlamlanishi ionosfera bilan belgilanadi. “Ionosfera (yoki termosfera) Yer atmosferasining yuqori qismi boʻlib, u asosan Quyoshdan keladigan kosmik nurlar taʼsirida nurlanishi natijasida yuqori darajada ionlashgan.Ionosfera neytral atomlar va molekulalarning gaz aralashmasidan (asosan azot N2 va azot) iborat. kislorod O2) va kvazineytral plazma (manfiy zaryadlangan zarrachalar soni taxminan musbat zaryadlanganlar soniga teng).Ionlanish darajasi 60 kilometr balandlikda allaqachon sezilarli bo'ladi va Yerdan masofa bilan barqaror ravishda oshib boradi. zaryadlangan zarrachalarning N ionosferadagi zichligi, D, E va F qatlamlari ajratiladi D qatlam D mintaqasida (60-90 km) zaryadlangan zarrachalar konsentratsiyasi Nmax ~ 10(2)-10(3) sm− 3 - bu zaif ionlanish mintaqasi.Ushbu hududning ionlanishiga asosiy hissa Quyoshdan keladigan rentgen nurlanishidir.Ionlanishning qo'shimcha zaif manbalari ham kichik rol o'ynaydi: 60-100 km balandlikda yonayotgan meteoritlar. , kosmik nurlar, shuningdek, magnitosferaning energetik zarralari (bu qatlamga magnit bo'ronlari). D qatlami ham xarakterlidir keskin pasayish tunda ionlanish darajasi. E qatlami E mintaqasi (90-120 km) Nmax~ 10(5) sm−3 gacha bo'lgan plazma zichligi bilan tavsiflanadi. Ushbu qatlamda kunduzi elektron kontsentratsiyasining ortishi kuzatiladi, chunki ionlanishning asosiy manbai quyosh qisqa to'lqinli nurlanishidir; bundan tashqari, bu qatlamdagi ionlarning rekombinatsiyasi juda tez davom etadi va kechasi ion zichligi 1 gacha tushishi mumkin. 10(3) sm−3. Bu jarayonga yuqorida joylashgan, ionlar kontsentratsiyasi nisbatan yuqori boʻlgan F mintaqasidan zaryadlarning tarqalishi va ionlanishning tungi manbalari (Quyoshning geokorona nurlanishi, meteorlar, kosmik nurlar va boshqalar) qarshi kurashadi. Vaqti-vaqti bilan 100-110 km balandlikda juda nozik (0,5-1 km), lekin zich ES qatlami paydo bo'ladi. Ushbu pastki qatlamning o'ziga xos xususiyati ionosferaning ushbu hududidan aks ettirilgan o'rta va hatto qisqa radio to'lqinlarining tarqalishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadigan elektronlarning yuqori konsentratsiyasi (ne ~ 10 (5) sm-3). Erkin oqim tashuvchilarning nisbatan yuqori konsentratsiyasi tufayli E qatlami o'ynaydi muhim rol o'rta va qisqa to'lqinlarning tarqalishida. F qatlam F hududi hozirda 130-140 km dan yuqori butun ionosfera deb ataladi. Maksimal ion hosil bo'lishiga 150-200 km balandlikda erishiladi. Kunduzi kuchli quyosh ultrabinafsha nurlanishi ta’sirida elektronlar kontsentratsiyasining taqsimlanishida “qadam” hosil bo‘lishi ham kuzatiladi.Ushbu bosqich mintaqasi F1 mintaqasi (150-200 km) deb nomlanadi.Uning tarqalishiga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi. qisqa radioto'lqinlar.F qatlamining 400 km gacha bo'lgan ustki qismi F2 qatlami deb ataladi.Bu erda zaryadlangan zarrachalarning zichligi maksimal darajaga etadi - N ~ 10(5)-10(6) sm−3. Yuqori balandliklarda engilroq. kislorod ionlari (400-1000 km balandlikda) ustunlik qiladi va undan ham yuqori - vodorod ionlari ( protonlar) va oz miqdorda - geliy ionlari. Ikki asosiy zamonaviy nazariyalar atmosfera elektr energiyasi 20-asr oʻrtalarida ingliz olimi Charlz Vilson va sovet olimi Ya.I.Frenkel tomonidan yaratilgan. Uilson nazariyasiga ko'ra, Yer va ionosfera momaqaldiroq bulutlari tomonidan zaryadlangan kondansatör plitalari rolini o'ynaydi. Plitalar orasidagi potentsial farq atmosferada elektr maydonining paydo bo'lishiga olib keladi. Frenkel nazariyasiga ko'ra, atmosferaning elektr maydoni butunlay troposferada sodir bo'ladigan elektr hodisalari - bulutlarning qutblanishi va ularning Yer bilan o'zaro ta'siri bilan izohlanadi va ionosfera atmosferadagi elektr jarayonlarida muhim rol o'ynamaydi. Atmosferadagi elektr o'zaro ta'sirining ushbu nazariy tushunchalarini umumlashtirish Yerning tortishish kuchi masalasini elektrostatika nuqtai nazaridan ko'rib chiqishni nazarda tutadi. Yuqoridagi umumiy ma'lum faktlarga asoslanib, tortishish sharoitida moddiy jismlarning gravitatsion elektr o'zaro ta'sirining qiymatlarini aniqlash mumkin. Buning uchun quyidagi modelni ko'rib chiqing. Har qanday moddiy energiya tanasi elektr maydonida bo'lib, ma'lum bir Kulon o'zaro ta'sirini amalga oshiradi. Elektr zaryadining ichki tashkil etilishiga qarab, u elektr qutblaridan biriga tortiladi yoki shu maydon ichida muvozanat holatida bo'ladi. Har bir tananing elektr zaryadining darajasi erkin elektronlarning o'z kontsentratsiyasi bilan belgilanadi (odamlar uchun qizil qon hujayralari kontsentratsiyasi). Keyin erning tortishish kuchining o'zaro ta'siri modelini radiuslari Yerning radiusi va F2 ionosfera qatlamining balandligi bilan belgilanadigan ikkita konsentrik ichi bo'sh shardan iborat sferik kondansatör shaklida taqdim etilishi mumkin. Bu elektr maydonida odam yoki boshqa moddiy jism mavjud. Yer yuzasining elektr zaryadi manfiy, ionosfera Yerga nisbatan musbat. Er yuzasiga nisbatan odamning elektr zaryadi ijobiydir, shuning uchun sirtdagi o'zaro ta'sirning Kulon kuchi har doim odamni Yerga jalb qiladi. Ionosfera qatlamlarining mavjudligi shuni anglatadiki, bunday kondansatkichning umumiy elektr sig'imi ketma-ket ulanganda har bir qatlamning umumiy sig'imi bilan belgilanadi: 1/Tot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C. (F2). Taxminiy muhandislik hisobi olib borilayotganligi sababli biz asosiy energiya ionosfera qatlamlarini hisobga olamiz, buning uchun biz quyidagi dastlabki ma'lumotlarni olamiz: E qatlami - balandligi 100 km, F qatlami - balandligi 200 km, F2 qatlami - balandligi 400 km. Oddiylik uchun biz quyosh faolligining kuchayishi yoki kamayishi paytida ionosferada hosil bo'lgan D qatlamini va sporadik Es qatlamini ko'rib chiqmaymiz. Shaklda. 1-rasmda Yer atmosferasining ionosfera qatlamlari va elektr energiyasining taqsimlanish diagrammasi ko'rsatilgan. elektr sxemasi ko'rib chiqilayotgan jarayon.
1.a-rasmdagi elektr sxemasi uchta kondansatörning ketma-ket ulanishini ko'rsatadi, unga doimiy kuchlanish Etotal beriladi. Elektrostatika qonunlariga muvofiq taqsimlash elektr zaryadlari har bir kondansatör C1, C2 va C3 plitalarida u shartli ravishda +/- ko'rsatilgan. Elektr zaryadlarining bunday taqsimlanishi asosida tarmoqda mahalliy maydon kuchlari paydo bo'ladi, ularning yo'nalishlari umumiy qo'llaniladigan kuchlanishga qarama-qarshidir. Tarmoqning ushbu bo'limlarida elektr zaryadlarining harakati Jami ga nisbatan qarama-qarshi yo'nalishda bo'ladi. 1.b-rasmda Yer atmosferasining ionosfera qatlamlari diagrammasi ko'rsatilgan bo'lib, u kondensatorlarning ketma-ket ulanishining elektr sxemasi bilan to'liq tasvirlangan. Ionosfera qatlamlari orasidagi Kulon o'zaro ta'sir kuchlari Fg sifatida belgilanadi. Elektr zaryadlarining kontsentratsiyasi darajasiga ko'ra, yuqori qatlam ionosfera F2 yer yuzasiga nisbatan elektr musbat. Har xil kinetik energiyaga ega bo'lgan quyosh shamoli zarralari atmosferaning butun chuqurligiga kirib borishi sababli, har bir qatlamning Kulon o'zaro ta'sirining umumiy kuchi umumiy tortishish kuchi Fg umumiy va tortishish kuchining vektor yig'indisi bilan aniqlanadi. alohida ionosfera qatlami. Sferik kondansatkichning sig'imini hisoblash formulasi: C = 4x(pi)x e(a)x r1xr2/(r2-r1), bu erda C - sferik kondansatkichning sig'imi; r1 - ichki sfera radiusi, summasiga teng Yerning radiusi 6371,0 km va pastki ionosfera qatlamining balandligi; r2 - tashqi sfera radiusi, Yer radiusi va yuqori ionosfera qatlamining balandligi yig'indisiga teng; e(a)=e(0)x e - mutlaq dielektrik o'tkazuvchanlik, bu erda e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Keyin har bir ionosfera qatlamining sig'imi uchun yaxlitlangan hisoblangan qiymatlar bo'ladi. quyidagi qiymatlar: C (E)=47 µF, C(F)=46 µF, C(F2)=25 µF. Ionosferaning umumiy sig'imi, asosiy qatlamlarni hisobga olgan holda, taxminan 12 mkF ni tashkil qiladi. Ionosfera qatlamlari orasidagi masofa Yer radiusidan ancha kichik, shuning uchun zaryadga ta'sir qiluvchi Kulon kuchini hisoblash tekis kondensator formulasi yordamida amalga oshirilishi mumkin: Fg= e(a) x A x U. (2) /(2xd(2)), bu yerda A - maydon plitalari (pi x (Rz+ h)(2)); U - kuchlanish; d - qatlamlar orasidagi masofa; e(a)=e(0)x e - mutlaq dielektrik doimiy, bu erda e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Keyin har bir ionosfera qatlamining Kulon o'zaro ta'sir kuchlarining hisoblangan qiymatlari bo'ladi. quyidagi qiymatlar: 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 kg og'irlikdagi tana uchun atmosfera stressining qiymatini aniqlaylik. Hisoblash formulasi quyidagi ko rinishga ega bo ladi: F=m x g= Fg(E) + Fgtot. O'rnini bosish ma'lum qiymatlar bu formulaga U = 126 kV qiymatini olamiz. Binobarin, ionosfera qatlamlarining kulon o'zaro ta'sir kuchlari quyidagi qiymatlar bilan aniqlanadi: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Fgjami = 63n. Nyuton o'zaro ta'sirini hisobga olgan holda har bir ionosfera qatlamining erkin tushish tezlanishini qayta hisoblab, quyidagi qiymatlarni olamiz: g(E)= +9,83 m/s(2); g(F)= -8,73 m/s(2); g(F1)= - 1,75 m/s(2). Shuni ta'kidlash kerakki, ushbu hisoblangan qiymatlar atmosferaning ichki parametrlarini, ya'ni ionosferaning har bir qatlamida kislorod va azot molekulalarining kontsentratsiyasidan kelib chiqadigan muhit bosimi va qarshiligini hisobga olmaydi. Taxminiy muhandislik hisobi natijasida olingan qiymat g(F1) = -1,75 m/s(2) ISSda mahalliy tortishishning haqiqiy qiymatiga yaxshi mos keladi - 10(−3)...10 (−1) g. Natijalardagi nomuvofiqliklar tortishish tezlashuvini o'lchash uchun ishlatiladigan burilish balanslarining salbiy qiymatlarga sozlanmaganligi bilan bog'liq - zamonaviy fan kutmagan narsa. Sun'iy tortishish yaratish uchun ikkita shart bajarilishi kerak. Gauss teoremasining talabiga muvofiq elektr izolyatsiyalangan tizimni yarating, ya'ni yopiq sferada elektr maydon kuchligi vektorining aylanishini ta'minlang va bu sferada 1000 N ga teng Kulon o'zaro ta'sir kuchini yaratish uchun zarur bo'lgan elektr maydon kuchini ta'minlang. Maydon kuchini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin: F= e(a) x A x E(2) /2, bu erda A - plastinka maydoni; E - elektr maydon kuchi; e(a)=e(0)x e - absolyut dielektrik doimiy, bunda e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Ma’lumotlarni formulaga almashtirib, 10 kv.m uchun qiymatini olamiz. elektr maydon kuchi , E = 4,75 x 10 (6) V / m ga teng. Agar xonaning balandligi uch metr bo'lsa, u holda hisoblangan kuchlanishni ta'minlash uchun U = E x d = 14,25 MV qiymatiga ega pol-shipga doimiy kuchlanishni qo'llash kerak. 1 A oqim bilan bunday kondansatör plitalarining 14,25 MOhm qarshiligini ta'minlash kerak. Voltajni o'zgartirib, siz turli xil tortish parametrlarini olishingiz mumkin. Hisob-kitoblarning kattalik tartibi sun'iy tortishish tizimlarini ishlab chiqish haqiqiy imkoniyat ekanligini ko'rsatadi. Qadimgi yunonlar haq edi: "Dunyoga qarab, ko'zingizni oching ...". Yerning tortishish tabiati haqida faqat shunday javob berish mumkin. 200 yil davomida insoniyat elektrostatika qonunlarini, jumladan Kulon qonuni va Gauss teoremasini faol o'rganmoqda. Sferik kondansatör formulasi uzoq vaqt davomida amalda o'zlashtirildi. Qolgan narsa - ko'zingizni ochish dunyo va imkonsizdek tuyulgan narsani tushuntirish uchun undan foydalanishni boshlang. Ammo biz hammamiz sun'iy tortishish haqiqat ekanligini tushunganimizda, kosmik parvozlardan tijorat maqsadlarida foydalanish masalalari dolzarb bo'lib qoladi va tushunish uchun shaffof bo'ladi.
Moskva, 2011 yil aprel Brajnik G.N.
Kosmosga qiziqmaydigan odam ham hech bo'lmaganda bir marta kosmik sayohat haqidagi filmni ko'rgan yoki kitoblardan bunday narsalarni o'qigan. Deyarli barcha bunday ishlarda odamlar kema atrofida yurishadi, odatdagidek uxlashadi va ovqatlanishda muammolarga duch kelmaydilar. Bu shuni anglatadiki, bu xayoliy kemalar sun'iy tortishish kuchiga ega. Aksariyat tomoshabinlar buni mutlaqo tabiiy narsa deb bilishadi, ammo bu unchalik emas.
Sun'iy tortishish
Bu biz qo'llash orqali odatlangan tortishish kuchini (har qanday yo'nalishda) o'zgartirishning nomi turli yo'llar bilan. Va bu nafaqat ilmiy-fantastik asarlarda, balki juda haqiqiy erdagi vaziyatlarda, ko'pincha tajribalar uchun amalga oshiriladi.
Nazariy jihatdan, sun'iy tortishish kuchini yaratish unchalik qiyin emas. Misol uchun, uni inertsiya yordamida qayta yaratish mumkin, aniqrog'i, bu kuchga bo'lgan ehtiyoj kechagina paydo bo'lmagan - bu odam uzoq muddatli kosmik parvozlarni orzu qila boshlagan zahotiyoq sodir bo'ldi. Kosmosda sun'iy tortishish kuchini yaratish uzoq davom etadigan vaznsizlik davrida yuzaga keladigan ko'plab muammolardan qochish imkonini beradi. Astronavtlarning mushaklari zaiflashadi, suyaklari esa kuchsizlanadi. Bunday sharoitda bir necha oy davomida sayohat qilish ba'zi mushaklarning atrofiyasiga olib kelishi mumkin.
Shunday qilib, bugungi kunda sun'iy tortishish kuchini yaratish juda muhim vazifa bo'lib, bu mahoratsiz buning iloji yo'q.
Materiallar
Hatto fizikani faqat darajada biladiganlar ham maktab o'quv dasturi, tortishish biri ekanligini tushunish asosiy qonunlar bizning dunyomiz: barcha jismlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi, o'zaro tortishish / itarishni boshdan kechiradi. Qanaqasiga kattaroq tana, uning jozibador kuchi qanchalik baland.
Bizning haqiqatimiz uchun Yer juda massiv ob'ektdir. Shuning uchun uning atrofidagi barcha jismlar, istisnosiz, uni o'ziga jalb qiladi.
Biz uchun bu odatda g bilan o'lchanadigan, kvadrat soniyasiga 9,8 metrga teng degan ma'noni anglatadi. Bu shuni anglatadiki, agar oyog'imiz ostida hech qanday tayanch bo'lmasa, biz har soniyada 9,8 metrga ko'tariladigan tezlikda yiqilib tushamiz.
Shunday qilib, faqat tortishish tufayli biz normal turishimiz, yiqilishimiz, ovqatlanishimiz va ichishimiz, qayerda yuqori va qayerda ekanligini tushunishimiz mumkin. Agar tortishish yo'qolsa, biz o'zimizni vaznsizlikda topamiz.
Kosmosda ko'tarilish holatida - erkin yiqilish holatida bo'lgan kosmonavtlar bu hodisani ayniqsa yaxshi bilishadi.
Nazariy jihatdan, olimlar sun'iy tortishishni qanday yaratishni bilishadi. Bir necha usullar mavjud.
Katta massa
Eng mantiqiy variant - uni shunchalik katta qilishki, unda sun'iy tortishish paydo bo'ladi. Siz kemada o'zingizni qulay his qilishingiz mumkin, chunki kosmosdagi yo'nalish yo'qolmaydi.
Afsuski, bu usul zamonaviy rivojlanish texnologiya haqiqiy emas. Bunday ob'ektni qurish juda ko'p resurslarni talab qiladi. Bundan tashqari, uni ko'tarish aql bovar qilmaydigan miqdorda energiya talab qiladi.
Tezlashtirish
Agar siz Yerdagiga teng g ga erishmoqchi bo'lsangiz, shunchaki kemaga tekis (platformaga o'xshash) shakl berishingiz va uni kerakli tezlashtirish bilan tekislikka perpendikulyar qilish kerakdek tuyuladi. Shunday qilib, sun'iy tortishish va ideal tortishish olinadi.
Biroq, aslida hamma narsa ancha murakkab.
Avvalo, yoqilg'i masalasini ko'rib chiqishga arziydi. Stansiya doimiy ravishda tezlashishi uchun uzluksiz quvvat manbai bo'lishi kerak. Agar to'satdan moddani chiqarib yubormaydigan dvigatel paydo bo'lsa ham, energiya saqlanish qonuni o'z kuchida qoladi.
Ikkinchi muammo - bu fikrning o'zi doimiy tezlashuv. Bizning bilim va jismoniy qonunlarga ko'ra, cheksiz tezlashtirish mumkin emas.
Bundan tashqari, bunday transport vositasi tadqiqot missiyalari uchun mos emas, chunki u doimo tezlashishi kerak - uchish. U sayyorani o'rganishda to'xtab qololmaydi, hatto uning atrofida sekin ucha olmaydi - u tezlashishi kerak.
Shunday qilib, bunday sun'iy tortishish hali biz uchun mavjud emasligi aniq bo'ladi.
Karusel
Karuselning aylanishi tanaga qanday ta'sir qilishini hamma biladi. Shu sababli, ushbu printsipga asoslangan sun'iy tortishish moslamasi eng real ko'rinadi.
Karuselning diametrida bo'lgan hamma narsa aylanish tezligiga teng tezlikda undan tushishga moyildir. Ma'lum bo'lishicha, jismlarga aylanadigan jismning radiusi bo'ylab yo'naltirilgan kuch ta'sir qiladi. Bu tortishish kuchiga juda o'xshaydi.
Shunday qilib, silindrsimon shaklga ega kema kerak. Shu bilan birga, u o'z o'qi atrofida aylanishi kerak. Aytgancha, sun'iy tortishish kosmik kema, bu tamoyilga muvofiq yaratilgan, ko'pincha ilmiy-fantastik filmlarda namoyish etiladi.
Atrofda aylanayotgan bochka kemasi uzunlamasına o'q, markazdan qochma kuch hosil qiladi, uning yo'nalishi ob'ektning radiusiga to'g'ri keladi. Olingan tezlashtirishni hisoblash uchun siz kuchni massaga bo'lishingiz kerak.
Ushbu formulada hisoblash natijasi tezlashuv, birinchi o'zgaruvchi - tugun tezligi (sekundiga radyanlarda o'lchanadi), ikkinchisi - radius.
Shunga ko'ra, biz o'rganib qolgan g ni olish uchun kosmik tashish radiusini to'g'ri birlashtirish kerak.
Xuddi shunday muammo Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey va shunga o'xshash filmlarda ta'kidlangan. Bu barcha holatlarda sun'iy tortishish tortishish kuchi tufayli yerning tezlashishiga yaqin.
G'oya qanchalik yaxshi bo'lmasin, uni amalga oshirish juda qiyin.
Karusel usuli bilan bog'liq muammolar
Eng aniq muammo "Space Odyssey"da ta'kidlangan. "Kosmik tashuvchi" ning radiusi taxminan 8 metrni tashkil qiladi. 9,8 tezlashuvni olish uchun aylanish har daqiqada taxminan 10,5 aylanish tezligida sodir bo'lishi kerak.
Ushbu qiymatlarda "koriolis effekti" paydo bo'ladi, bu turli kuchlarning poldan turli masofalarda harakat qilishidan iborat. Bu bevosita bog'liq burchak tezligi.
Ma'lum bo'lishicha, kosmosda sun'iy tortishish paydo bo'ladi, ammo tananing juda tez aylanishi muammolarga olib keladi. ichki quloq. Bu, o'z navbatida, nomutanosibliklarni, muammolarni keltirib chiqaradi vestibulyar apparatlar va boshqa - shunga o'xshash - qiyinchiliklar.
Ushbu to'siqning paydo bo'lishi bunday modelning juda muvaffaqiyatsiz ekanligini ko'rsatadi.
"Uzuk dunyosi" romanida bo'lgani kabi, siz aksincha harakat qilishingiz mumkin. Bu erda kema halqa shaklida qilingan, uning radiusi bizning orbita radiusiga yaqin (taxminan 150 million km). Ushbu o'lchamda uning aylanish tezligi Coriolis effektini e'tiborsiz qoldirish uchun etarli.
Muammo hal qilingan deb o'ylashingiz mumkin, ammo bu umuman emas. Gap shundaki, bu strukturaning o'z o'qi atrofida to'liq aylanishi 9 kun davom etadi. Bu yuklarning juda katta bo'lishini ko'rsatadi. Tuzilish ularga bardosh bera olishi uchun bugungi kunda bizning ixtiyorimizda bo'lmagan juda kuchli material kerak. Bundan tashqari, muammo materialning miqdori va qurilish jarayonining o'zi.
"Bobil 5" filmidagi kabi shunga o'xshash mavzulardagi o'yinlarda bu muammolar qandaydir tarzda hal qilinadi: aylanish tezligi juda etarli, Koriolis effekti ahamiyatli emas, faraziy ravishda bunday kemani yaratish mumkin.
Biroq, bunday olamlarning ham kamchiligi bor. Uning nomi burchak momentumidir.
Kema o'z o'qi atrofida aylanib, ulkan giroskopga aylanadi. Ma'lumki, giroskopni o'z o'qidan chetga chiqishga majburlash juda qiyin, chunki uning miqdori tizimni tark etmasligi muhimdir. Bu shuni anglatadiki, ushbu ob'ektga yo'nalish berish juda qiyin bo'ladi. Biroq, bu muammoni hal qilish mumkin.
Muammolarni bartaraf etish
O'Nil tsilindri yordamga kelganida kosmik stantsiyadagi sun'iy tortishish mavjud bo'ladi. Ushbu dizaynni yaratish uchun eksa bo'ylab bog'langan bir xil silindrsimon kemalar kerak bo'ladi. Ular turli yo'nalishlarda aylanishi kerak. Bunday yig'ilishning natijasi nol burchak momentidir, shuning uchun kemaga kerakli yo'nalishni berishda hech qanday qiyinchilik bo'lmasligi kerak.
Agar radiusi taxminan 500 metr bo'lgan kema yasash mumkin bo'lsa, u xuddi shunday ishlaydi. Shu bilan birga, kosmosdagi sun'iy tortishish juda qulay va kemalarda yoki tadqiqot stantsiyalarida uzoq parvozlar uchun mos keladi.
Kosmik muhandislar
O'yin yaratuvchilari sun'iy tortishishni qanday yaratishni bilishadi. Biroq, bu hayoliy dunyoda tortishish jismlarning o'zaro tortishishi emas, balki ma'lum bir yo'nalishda jismlarni tezlashtirish uchun mo'ljallangan chiziqli kuchdir. Bu erda diqqatga sazovor joy mutlaq emas; manba qayta yo'naltirilganda u o'zgaradi.
Koinot stantsiyasida sun'iy tortishish maxsus generator yordamida yaratiladi. Bu generator diapazonida bir xil va teng yo'nalishli. Shunday qilib, haqiqiy dunyoda, agar siz generator o'rnatilgan kema ostiga tushsangiz, siz korpus tomon tortilasiz. Biroq, o'yinda qahramon qurilmaning perimetrini tark etgunga qadar tushadi.
Bugungi kunda bunday qurilma tomonidan yaratilgan kosmosdagi sun'iy tortishish insoniyat uchun mavjud emas. Biroq, hatto kulrang sochli ishlab chiquvchilar ham bu haqda orzu qilishni to'xtatmaydi.
Sferik generator
Bu yanada real uskunalar variantidir. O'rnatilganda tortishish kuchi generatorga yo'naltiriladi. Bu tortishish kuchi sayyoraviyga teng bo'lgan stantsiyani yaratishga imkon beradi.
Santrifuga
Bugungi kunda Yerdagi sun'iy tortishish turli xil qurilmalarda mavjud. Ular, asosan, inertsiyaga asoslanadi, chunki bu kuch bizni tortishish ta'siriga o'xshash tarzda his qiladi - tana tezlashuvga nima sabab bo'lganini ajrata olmaydi. Misol tariqasida: liftda ko'tarilayotgan odam inertsiya ta'sirini boshdan kechiradi. Fizikning ko'zi bilan: liftning ko'tarilishi kabinaning tezlashishini erkin tushish tezlashishiga qo'shadi. Idishning o'lchangan harakatiga qaytganida, og'irlikdagi "o'sish" yo'qoladi, odatiy his-tuyg'ularni qaytaradi.
Olimlar uzoq vaqtdan beri sun'iy tortishish kuchi bilan qiziqishgan. Ushbu maqsadlar uchun ko'pincha sentrifuga ishlatiladi. Bu usul nafaqat kosmik kemalar uchun, balki tortishishning inson tanasiga ta'sirini o'rganish zarur bo'lgan yerosti stansiyalari uchun ham mos keladi.
Yerda o'qish, ariza topshirish ...
Gravitatsiyani o'rganish kosmosda boshlangan bo'lsa-da, bu juda quruqlikdagi fan. Bugungi kunda ham bu sohadagi yutuqlar, masalan, tibbiyotda o'z qo'llanilishini topdi. Sayyorada sun'iy tortishish yaratish mumkinmi yoki yo'qligini bilib, u mushak-skelet tizimi bilan bog'liq muammolarni davolash uchun ishlatilishi mumkin. asab tizimi. Bundan tashqari, bu kuchni o'rganish birinchi navbatda Yerda amalga oshiriladi. Bu kosmonavtlarga shifokorlarning diqqat e'tiborida bo'lgan holda tajriba o'tkazish imkonini beradi. Kosmosdagi sun'iy tortishish - bu boshqa masala, u erda kutilmagan vaziyatda astronavtlarga yordam beradigan odamlar yo'q.
To'liq vaznsizlikni hisobga olsak, past Yer orbitasida joylashgan sun'iy yo'ldoshni hisobga olish mumkin emas. Bu jismlarga ozgina bo'lsada tortishish kuchi ta'sir qiladi. Bunday hollarda hosil bo'ladigan tortishish kuchiga mikrogravitatsiya deyiladi. Haqiqiy tortishish faqat u bilan uchayotgan transport vositasida seziladi doimiy tezlik kosmosda. Biroq, inson tanasi bu farqni sezmaydi.
Uzunlikka sakrash paytida (stop ochilgunga qadar) yoki samolyotning parabolik tushishi paytida siz vaznsizlikni boshdan kechirishingiz mumkin. Bunday tajribalar ko'pincha AQShda o'tkaziladi, ammo samolyotda bu hissiyot atigi 40 soniya davom etadi - bu to'liq o'rganish uchun juda qisqa.
SSSRda, 1973 yilda ular sun'iy tortishish yaratish mumkinmi yoki yo'qligini bilishgan. Va ular nafaqat uni yaratdilar, balki uni qandaydir tarzda o'zgartirdilar. Ajoyib misol tortishishning sun'iy qisqarishi - quruq suvga cho'mish, suvga cho'mish. Istalgan effektga erishish uchun siz suv yuzasiga qalin plyonka qo'yishingiz kerak. Odam uning ustiga qo'yiladi. Tananing og'irligi ostida tana suv ostida cho'kib, tepada faqat bosh qoladi. Ushbu model okeanni tavsiflovchi qo'llab-quvvatlanmaydigan, past tortishish muhitini namoyish etadi.
Vaznsizlikning qarama-qarshi kuchini - gipergravitatsiyani boshdan kechirish uchun kosmosga chiqishning hojati yo'q. Kosmik kema havoga ko'tarilib, sentrifugaga tushganda, ortiqcha yukni nafaqat his qilish, balki o'rganish ham mumkin.
Gravitatsiya bilan davolash
Gravitatsion fizika shuningdek, vaznsizlikning inson tanasiga ta'sirini o'rganadi, oqibatlarini minimallashtirishga harakat qiladi. Biroq, ushbu fanning ko'plab yutuqlari sayyoramizning oddiy aholisi uchun ham foydali bo'lishi mumkin.
Shifokorlar miyopatiyadagi mushak fermentlarining xatti-harakatlarini o'rganishga katta umid bog'laydilar. Bu jiddiy kasallik erta o'limga olib keladi.
Faol jismoniy faoliyat davomida qon sog'lom odam kreatin fosfokinaz fermentining katta hajmi bilan ta'minlanadi. Ushbu hodisaning sababi noma'lum, ehtimol yuk hujayra membranasiga "teshik" bo'ladigan tarzda ta'sir qiladi. Miyopatiya bilan og'rigan bemorlar jismoniy mashqlarsiz bir xil ta'sirga ega. Astronavtlarning kuzatishlari shuni ko'rsatadiki, vaznsizlikda faol fermentning qonga tushishi sezilarli darajada kamayadi. Ushbu kashfiyot shuni ko'rsatadiki, suvga cho'mishdan foydalanish miyopatiyaga olib keladigan omillarning salbiy ta'sirini kamaytiradi. Hozirda hayvonlar ustida tajribalar olib borilmoqda.
Ba'zi kasalliklarni davolash allaqachon tortishish, shu jumladan sun'iy tortishishlarni o'rganish natijasida olingan ma'lumotlar yordamida amalga oshirilmoqda. Masalan, miya yarim palsi, insult va Parkinson kasalligini davolash stressli kostyumlardan foydalanish orqali amalga oshiriladi. Qo'llab-quvvatlash, pnevmatik poyabzalning ijobiy ta'siri bo'yicha tadqiqotlar deyarli yakunlandi.
Marsga uchamizmi?
Astronavtlarning so'nggi yutuqlari loyihaning haqiqatiga umid baxsh etadi. Erdan uzoqda bo'lgan odamga tibbiy yordam ko'rsatish tajribasi mavjud. Oyga tortishish kuchi biznikidan 6 barobar kam bo'lgan tadqiqot parvozlari ham katta foyda keltirdi. Endi astronavtlar va olimlar o'z oldiga yangi maqsad - Marsni qo'ymoqda.
Qizil sayyoraga chipta olish uchun navbatga turishdan oldin, ishning birinchi bosqichida - yo'lda tanani nima kutayotganini bilishingiz kerak. O'rtacha, cho'l sayyorasiga yo'l bir yarim yil - taxminan 500 kun davom etadi. Yo'lda siz faqat o'z kuchingizga tayanishingiz kerak, yordam kutish uchun hech qanday joy yo'q.
Ko'p omillar sizning kuchingizga putur etkazadi: stress, radiatsiya, etishmasligi magnit maydon. Tana uchun eng muhim sinov - bu tortishishning o'zgarishi. Sayohat davomida odam tortishishning bir necha darajalari bilan "tanishadi". Birinchidan, bu parvoz paytida ortiqcha yuklar. Keyin - parvoz paytida vaznsizlik. Shundan so'ng - belgilangan joyda hipogravitatsiya, chunki Marsdagi tortishish Yerning 40% dan kamini tashkil qiladi.
Uzoq parvozda vaznsizlikning salbiy ta'sirini qanday engish mumkin? Sun'iy tortishish sohasidagi ishlanmalar yaqin kelajakda bu muammoni hal qilishga yordam beradi, degan umiddamiz. Kosmos 936da sayohat qilayotgan kalamushlar ustida o‘tkazilgan tajribalar shuni ko‘rsatadiki, bu texnika barcha muammolarni hal etavermaydi.
OS tajribasi buni ko'rsatdi ko'proq foyda tana har bir astronavt uchun zarur yukni alohida-alohida aniqlay oladigan o'quv komplekslaridan foydalanishdan foyda olishi mumkin.
Hozircha Marsga nafaqat tadqiqotchilar, balki Qizil sayyorada mustamlaka o‘rnatmoqchi bo‘lgan sayyohlar ham uchadi, deb hisoblanmoqda. Ular uchun, hech bo'lmaganda, birinchi marta, vaznsizlikda bo'lish hissi shifokorlarning bunday sharoitda uzoq vaqt qolish xavfi haqidagi barcha dalillaridan ustun turadi. Biroq, bir necha hafta ichida ular ham yordamga muhtoj bo'ladi, shuning uchun kosmik kemada sun'iy tortishish yaratish yo'lini topish juda muhimdir.
Natijalar
Kosmosda sun'iy tortishish yaratish haqida qanday xulosalar chiqarish mumkin?
Hozirda ko'rib chiqilayotgan barcha variantlar orasida aylanadigan struktura eng real ko'rinadi. Biroq, hozirgi jismoniy qonunlarni tushunish bilan, bu mumkin emas, chunki kema ichi bo'sh silindr emas. Ichida g'oyalarni amalga oshirishga xalaqit beradigan o'zaro bog'liqliklar mavjud.
Bundan tashqari, kemaning radiusi shunchalik katta bo'lishi kerakki, Koriolis effekti sezilarli ta'sir ko'rsatmaydi.
Bu kabi narsalarni boshqarish uchun sizga yuqorida aytib o'tilgan O'Neill tsilindri kerak bo'ladi, bu sizga kemani boshqarish qobiliyatini beradi. Bunday holda, ekipajni qulay tortishish darajasini ta'minlagan holda, sayyoralararo parvozlar uchun bunday dizayndan foydalanish imkoniyatlari ortadi.
Insoniyat o'z orzularini ro'yobga chiqarishdan oldin, men ilmiy fantastika asarlarida bir oz ko'proq realizm va fizika qonunlari haqida ko'proq bilimga ega bo'lishni istardim.
Uzoq muddatli kosmik parvozlar, boshqa sayyoralarni tadqiq qilish, fantast yozuvchilar Isaak Asimov, Stanislav Lem, Aleksandr Belyaev va boshqalar ilgari yozgan narsalar to'liq bo'ladi. mumkin bo'lgan haqiqat bilimga rahmat. Erning tortishish darajasini qayta tiklash orqali biz odamlar uchun mikrogravitatsiyaning (vaznsizlik) salbiy oqibatlaridan (mushak atrofiyasi, hissiy, motor va vegetativ buzilishlardan) qochishimiz mumkin. Ya'ni, kosmosga borishni istagan deyarli har bir kishi tanasining jismoniy xususiyatlaridan qat'i nazar. Shu bilan birga, kosmik kemada bo'lishingiz yanada qulayroq bo'ladi. Odamlar o'zlariga tanish bo'lgan mavjud qurilmalar va jihozlardan (masalan, dush, hojatxona) foydalanishlari mumkin bo'ladi.
Yerda tortishish darajasi tortishishning tezlashishi bilan belgilanadi, o'rtacha 9,81 m / s 2 ("ortiqcha yuk" 1 g), kosmosda esa, vaznsizlik sharoitida, taxminan 10-6 g. K.E. Tsiolkovskiy suvga botganda yoki yotoqda yotganda tana vaznini his qilish bilan kosmosdagi vaznsizlik holati o'rtasidagi o'xshashliklarni keltirdi.
"Yer - aqlning beshigi, lekin siz beshikda abadiy yashay olmaysiz."
"Dunyo yanada sodda bo'lishi kerak."
Konstantin Tsiolkovskiy
Qizig'i shundaki, gravitatsion biologiya uchun turli tortishish sharoitlarini yaratish qobiliyati haqiqiy yutuq bo'ladi. Buni o'rganish mumkin bo'ladi: mikro va makro darajadagi struktura, funktsiyalar qanday o'zgarishi, turli kattalik va yo'nalishdagi tortishish ta'siri ostida naqshlar. Bu kashfiyotlar, o'z navbatida, juda yangi yo'nalish - gravitatsion terapiyani rivojlantirishga yordam beradi. Davolash uchun tortishish kuchining o'zgarishini (Yernikiga nisbatan oshgan) qo'llash imkoniyati va samaradorligi ko'rib chiqilmoqda. Biz tortishish kuchayib borayotganini his qilamiz, go'yo tana biroz og'irlashdi. Bugungi kunda gravitatsiya terapiyasidan foydalanish bo'yicha tadqiqotlar olib borilmoqda gipertoniya, shuningdek, singan holda suyak to'qimasini tiklash uchun.
(sun'iy tortishish) ko'p hollarda inersiya va tortishish kuchlarining ekvivalentligi printsipiga asoslanadi. Ekvivalentlik printsipi shuni ko'rsatadiki, biz harakatning taxminan bir xil tezlashishini unga sabab bo'lgan sababni: tortishish yoki inertial kuchlarni ajratmasdan his qilamiz. Birinchi versiyada tezlanish tortishish maydonining ta'siri tufayli, ikkinchisida, odam joylashgan noinertial mos yozuvlar tizimi (tezlanish bilan harakatlanuvchi tizim) harakatining tezlashishi tufayli sodir bo'ladi. Masalan, inersiya kuchlarining shunga o'xshash ta'sirini liftda (inertial bo'lmagan sanoq sistemasi) odam keskin ko'tarilish (tezlanish bilan, tana bir necha soniya og'irlashgandek his qilish) yoki tormozlash paytida boshdan kechiradi. (polning oyoq ostidan uzoqlashishini his qilish). Fizika nuqtai nazaridan: lift yuqoriga ko'tarilganda, inertial bo'lmagan tizimda erkin tushish tezlashishiga kabina harakatining tezlashishi qo'shiladi. Qayta tiklanganda bir tekis harakat- vaznning "ortishi" yo'qoladi, ya'ni tana vaznining odatiy hissi qaytadi.
Bugungi kunda, deyarli 50 yil oldin bo'lgani kabi, sentrifugalar sun'iy tortishish yaratish uchun ishlatiladi (kosmik tizimlarni aylantirishda markazdan qochma tezlashuv qo'llaniladi). Oddiy qilib aytganda, kosmik stansiyaning o'z o'qi atrofida aylanishi paytida markazdan qochma tezlashuv sodir bo'ladi, bu odamni aylanish markazidan uzoqlashtiradi va natijada kosmonavt yoki boshqa ob'ektlar "da" bo'lishi mumkin bo'ladi. qavat”. Ushbu jarayonni va olimlar qanday qiyinchiliklarga duch kelishini yaxshiroq tushunish uchun sentrifugani aylantirishda markazdan qochma kuchni aniqlaydigan formulani ko'rib chiqaylik:
F=m*v 2 *r, bu erda m - massa, v - chiziqli tezlik, r - aylanish markazidan masofa.
Chiziqli tezlik teng: v=2p*rT, bu erda T - soniyada aylanishlar soni, p ≈3,14…
Ya'ni, kosmik kema qanchalik tez aylansa va kosmonavt markazdan qanchalik uzoqda bo'lsa, yaratilgan sun'iy tortishish shunchalik kuchli bo'ladi.
Shaklni diqqat bilan ko'rib chiqsak, biz kichik radius bilan odamning boshi va oyoqlari uchun tortishish kuchi sezilarli darajada farq qilishini ko'rishimiz mumkin, bu esa o'z navbatida harakatni qiyinlashtiradi.
Astronavt aylanish yo'nalishi bo'yicha harakat qilganda, Koriolis kuchi paydo bo'ladi. Bunday holda, odam doimiy ravishda harakat kasalligiga duchor bo'lish ehtimoli yuqori. Buni chetlab o'tish mumkin, agar kema daqiqada 2 aylanish chastotasida aylansa, bu 1 g (Yerdagi kabi) sun'iy tortishish kuchini hosil qiladi. Ammo radius 224 metrni tashkil qiladi (taxminan ¼ kilometr, bu masofa 95 qavatli binoning balandligi yoki ikkita katta qizil daraxtning uzunligiga o'xshaydi). Ya'ni, nazariy jihatdan bu o'lchamdagi orbital stansiya yoki kosmik kemani qurish mumkin. Ammo amalda bu global kataklizmlar yaqinlashib kelayotgan sharoitda katta miqdorda resurslar, kuch va vaqt sarflashni talab qiladi (qarang: hisobotga qarang).
) muhtojlarga real yordamga ko'proq insonparvarlik bilan yo'naltirish.
Odam uchun zarur bo'lgan tortishish darajasini qayta tiklashning iloji yo'qligi sababli orbital stantsiya yoki kosmik kema, olimlar "barni tushirish", ya'ni Yerdan kamroq tortishish kuchini yaratish imkoniyatini o'rganishga qaror qilishdi. Bu shuni ko'rsatadiki, yarim asr davomida olib borilgan tadqiqotlar qoniqarli natijalarga erisha olmadi. Buning ajablanarli joyi yo'q, chunki tajribalarda ular inertsiya kuchi yoki boshqalar Yerdagi tortishish ta'siriga o'xshash ta'sir ko'rsatadigan sharoitlarni yaratishga intilishadi. Ya'ni, sun'iy tortishish, aslida, tortishish emasligi ma'lum bo'ldi.
Bugungi kunda fanda tortishish nima ekanligi haqida faqat nazariyalar mavjud bo'lib, ularning aksariyati nisbiylik nazariyasiga asoslanadi. Bundan tashqari, ulardan hech biri to'liq emas (hech qanday sharoitda hech qanday tajribalar kursini, natijalarini tushuntirmaydi va ba'zida u eksperimental tasdiqlangan boshqa fizik nazariyalarga mos kelmaydi). Aniq bilim va tushuncha yo'q: tortishish nima, tortishish fazo va vaqt bilan qanday bog'liq, u qanday zarralardan iborat va ularning xususiyatlari qanday. Ushbu va boshqa ko'plab savollarga javoblarni A. Novixning "Ezoosmos" kitobida keltirilgan ma'lumotlarni va "PRIMODIAL ALLATRA PHYSICS" hisobotida keltirilgan ma'lumotlarni taqqoslash orqali topish mumkin. mutlaqo taklif qiladi yangi yondashuv, bu fizikaning birlamchi tamoyillari haqidagi asosiy bilimlarga asoslangan asosiy zarralar, ularning o'zaro ta'sirining naqshlari. Ya'ni, tortishish jarayonining mohiyatini chuqur anglash va natijada kosmosda ham, Yerda ham tortishish sharoitlarining har qanday qiymatlarini qayta yaratish uchun aniq hisob-kitoblar (gravitatsiya terapiyasi) natijalarini bashorat qilish imkoniyatiga asoslanadi. inson va tabiat tomonidan amalga oshirilgan aql bovar qilmaydigan va aql bovar qilmaydigan tajribalar.
PRIMODIAL ALLATRA FIZIKASI shunchaki fizika emas. U ochadi mumkin bo'lgan echimlar har qanday murakkablikdagi vazifalar. Lekin eng muhimi, zarrachalar va real harakatlar darajasida sodir bo'ladigan jarayonlarni bilish tufayli har bir inson o'z hayotining ma'nosini tushunishi, tizim qanday ishlashini tushunishi va ruhiy dunyo bilan aloqada amaliy tajriba orttirishi mumkin. Ma'naviyatning globalligi va ustuvorligini anglash, ongning ramka / shablon cheklovlaridan, tizim chegaralaridan chiqib ketish, Haqiqiy erkinlikni topish.
"Ular aytganidek, sizning qo'lingizda universal kalitlar bo'lganda (asoslarni bilish elementar zarralar), keyin siz istalgan eshikni (mikro va makro dunyoning) ochishingiz mumkin.
“Bunday sharoitda sifat jihatidan bo'lishi mumkin yangi o'tish tsivilizatsiyani ma'naviy o'z-o'zini rivojlantirishning asosiy oqimiga, dunyo va o'z-o'zini keng ko'lamli ilmiy bilish.
“Bu dunyoda odamga zulm qiladigan hamma narsa, dan boshlab obsesif fikrlar, tajovuzkor his-tuyg'ular va egoist iste'molchining stereotipli istaklari bilan yakunlanadi ‒ bu odamning septon maydoni foydasiga tanlovining natijasidir‒ insoniyatni muntazam ravishda ekspluatatsiya qiladigan moddiy aqlli tizim. Ammo agar inson o'zining ruhiy boshlanishining tanloviga ergashsa, u o'lmaslikka erishadi. Va bunda din yo'q, lekin fizika bilimi, uning dastlabki asoslari bor."
Elena Fedorova
Agar siz kosmosga unchalik qiziqmasangiz ham, uni filmlarda ko'rgan, kitoblarda o'qigan yoki o'yin o'ynagan bo'lishingiz mumkin. kosmik mavzu muhim o'rinni egallaydi, juda baland. Shu bilan birga, aksariyat asarlarda, qoida tariqasida, odatiy hol sifatida qabul qilinadigan bitta nuqta bor - kosmik kemadagi tortishish. Ammo bu birinchi qarashda ko'rinadigan darajada sodda va ravshanmi?
Birinchidan, bir oz apparat. Agar siz maktab kursidan tashqari fizikani o'rganmasangiz (va bu bugungi kunda biz uchun etarli bo'ladi), unda tortishish - bu jismlarning asosiy o'zaro ta'siri, buning natijasida ular bir-birini o'ziga tortadi. Ko'proq massivlar kuchliroq, kichikroqlar esa kuchsizroq tortadi.
Materiallar
Bizning holatlarimizda quyidagilar muhim ahamiyatga ega. Yer ulkan ob'ektdir, shuning uchun odamlar, hayvonlar, binolar, daraxtlar, o't pichoqlari, siz buni o'qiyotgan kompyuter Yerga tortiladi. Biz bunga o'rganib qolganmiz va aslida bunday tuyulgan arzimas narsalar haqida hech qachon o'ylamaymiz. Biz uchun Yerning tortishish kuchining asosiy natijasi tortishishning tezlashishi, shuningdek, nomi bilan tanilgan g, va 9,8 m/s² ga teng. Bular. qo'llab-quvvatlash bo'lmasa, har qanday jism Yerning markaziga qarab teng ravishda tezlashadi va har soniyada 9,8 m / s tezlikka erishadi.
Aynan shu ta'sir tufayli biz to'g'ri oyoqqa turishimiz, "yuqoriga" va "pastga" tushunchalariga ega bo'lishimiz, narsalarni erga tushirishimiz va hokazo. Aslida, Yerning tortishish kuchi olib tashlansa, inson faoliyatining ko'p turlari sezilarli darajada o'zgargan bo'lar edi.
Bu hayotlarining muhim qismini XKSda o'tkazadigan astronavtlarga yaxshi ma'lum. Ular ko'p narsalarni qanday qilishni, qanday ichishdan tortib, turli xil fiziologik ehtiyojlarga qanday borishni qayta o'rganishlari kerak. Mana bir nechta misollar.
Shu bilan birga, ko'plab filmlar, teleseriallar, o'yinlar va boshqa ilmiy-fantastik asarlarda kosmik kemalarda tortishish "shunchaki mavjud". Bu odatdagidek qabul qilinadi va ko'pincha tushuntirishga ham ovora emas. Va agar ular buni tushuntirib berishsa, bu qandaydir ishonarli emas. "Og'irlik generatorlari" kabi narsa, uning ishlash printsipi butunlay mistikroqdir, shuning uchun aslida bu yondashuv "kemadagi tortishish" dan unchalik farq qilmaydi. faqat u erda" Menimcha, umuman tushuntirmaslik qandaydir halolroq.
Sun'iy tortishishning nazariy modellari
Ammo bularning barchasi sun'iy tortishish haqida hech kim umuman tushuntirishga harakat qilmayapti degani emas. Agar siz bu haqda o'ylab ko'rsangiz, unga bir necha usul bilan erishishingiz mumkin.
Ko'p massa
Birinchi va eng "to'g'ri" variant kemani juda massiv qilishdir. Ushbu usulni "to'g'ri" deb hisoblash mumkin, chunki bu zarur ta'sirni ta'minlaydigan tortishish o'zaro ta'siri.
Shu bilan birga, haqiqatsizlik bu usul, menimcha, aniq. Bunday kema uchun sizga juda ko'p material kerak bo'ladi. Va tortishish maydonining taqsimlanishi bilan (va biz uni bir xil bo'lishimiz kerak), biror narsani hal qilish kerak bo'ladi.
Doimiy tezlashuv
Biz 9,8 m/s² doimiy tortishish tezlashishiga erishishimiz kerak ekan, nega kosmik kemani xuddi shu bilan o'z tekisligiga perpendikulyar tezlashadigan platforma ko'rinishida qilmasligimiz kerak. g? Shu tarzda, istalgan effektga, shubhasiz, erishiladi.
Ammo bir nechta aniq muammolar mavjud. Birinchidan, doimiy tezlashuvni ta'minlash uchun biror joydan yoqilg'ini olishingiz kerak. Va agar kimdir to'satdan moddaning emissiyasini talab qilmaydigan dvigatelni o'ylab topsa ham, hech kim energiyani saqlash qonunini bekor qilmagan.
Ikkinchi muammo - doimiy tezlanishning tabiati. Birinchidan, bizning jismoniy qonunlar haqidagi hozirgi tushunchamizga ko'ra, abadiy tezlashtirish mumkin emas. Nisbiylik nazariyasiga keskin qarshi. Ikkinchidan, agar kema vaqti-vaqti bilan yo'nalishini o'zgartirsa ham, sun'iy tortishishni ta'minlash uchun u doimo biron bir joyga uchib ketishi kerak bo'ladi. Bular. Sayyoralar yaqinida suzib yurish haqida gap bo'lishi mumkin emas. Kema o'zini shrew kabi tutishga majbur bo'ladi, agar u to'xtasa, u o'ladi. Shunday qilib, bu variant bizga mos kelmaydi.
Karusel karusel
Va bu erda o'yin-kulgi boshlanadi. Ishonchim komilki, har bir o'quvchi karusel qanday ishlashini va undagi odam qanday ta'sir ko'rsatishini tasavvur qilishi mumkin. Undagi hamma narsa aylanish tezligiga mutanosib ravishda sakrab chiqishga intiladi. Karusel nuqtai nazaridan, hamma narsaga radius bo'ylab yo'naltirilgan kuch ta'sir qiladi. Juda "tortishish" narsasi.
Shunday qilib, bizga kerak bo'ylama o'qi atrofida aylanadigan barrel shaklidagi kema. Fantastikada bunday variantlar juda keng tarqalgan, shuning uchun Sci-Fi dunyosi sun'iy tortishishni tushuntirish nuqtai nazaridan unchalik umidsiz emas.
Shunday qilib, bir oz ko'proq fizika. O'q atrofida aylanayotganda, radius bo'ylab yo'naltirilgan markazdan qochma kuch hosil bo'ladi. Oddiy hisob-kitoblar natijasida (kuchni massaga bo'lish) biz kerakli tezlanishni olamiz. Bularning barchasi oddiy formula bo'yicha hisoblanadi:
a=ō²R,
Qayerda a- tezlashtirish, R- aylanish radiusi, a, ω - soniyada radyanlarda o'lchanadigan burchak tezligi. Radian taxminan 57,3 daraja.
Bizning xayoliy kosmik kreyserda normal hayot kechirishimiz uchun nima qilishimiz kerak? Bizga kema radiusi va burchak tezligining shunday kombinatsiyasi kerakki, ularning mahsuloti jami 9,8 m/s² ni tashkil qiladi.
Ko'pgina asarlarda shunga o'xshash narsani ko'rishimiz mumkin: "2001: Kosmik Odissey" Stenli Kubrik, seriyali "Bobil 5", Nolanniki « » , roman "Ring dunyosi" Larri Niven, Koinot va boshqalar. Ularning barchasida tortishishning tezlashishi taxminan teng g, shuning uchun hamma narsa mantiqiy bo'lib chiqadi. Biroq, bu modellarda ham muammolar mavjud.
"Karusel" dagi muammolar
Eng aniq muammo, ehtimol tushuntirish uchun eng osondir "Kosmik Odissey". Kemaning radiusi taxminan 8 metrni tashkil qiladi. Oddiy hisob-kitoblar yordamida biz g ga teng tezlashuvga erishish uchun taxminan 1,1 rad / s burchak tezligi talab qilinishini aniqlaymiz, bu daqiqada taxminan 10,5 aylanishga teng.
Ushbu parametrlar bilan bu chiqadi Koriolis effekti. Texnik tafsilotlarga kirmasdan, muammo shundaki, poldan turli xil "balandliklarda" harakatlanuvchi jismlarga turli kuchlar ta'sir qiladi. Va bu burchak tezligiga bog'liq. Shunday qilib, virtual dizaynimizda biz kemani juda tez aylantira olmaymiz, chunki bu to'satdan, noaniq yiqilishdan tortib vestibulyar tizim bilan bog'liq muammolargacha bo'lgan muammolarga to'la. Va yuqorida aytib o'tilgan tezlashtirish formulasini hisobga olsak, biz kemaning kichik radiusini ta'minlay olmaymiz. Shuning uchun kosmik odissey modeli endi kerak emas. Kemalar bilan bir xil muammo haqida "Yulduzlararo", garchi raqamlar bilan hamma narsa unchalik aniq emas.
Ikkinchi muammo, aytganda, spektrning boshqa tomonida. Romanda Larri Niven "Ring dunyosi" kema radiusi taxminan yer orbitasining radiusiga (1 AU ≈ 149 million km) teng bo'lgan ulkan halqadir. Shunday qilib, u juda qoniqarli tezlikda aylanadi, shunda Koriolis effekti odamlarga ko'rinmaydi. Hamma narsa mos ko'rinadi, lekin bitta narsa bor Lekin. Bunday tuzilmani yaratish uchun sizga juda katta yuklarga bardosh beradigan juda kuchli material kerak bo'ladi, chunki bitta inqilob taxminan 9 kun davom etishi kerak. Insoniyat bunday tuzilmaning etarli kuchini qanday ta'minlashni bilmaydi. Qaerdadir siz juda ko'p narsalarni olib, butun narsani qurishingiz kerakligi haqida gapirmasa ham bo'ladi.
Ring dunyo bo'lsa Salom yoki "Bobil 5" oldingi barcha muammolar yo'qdek tuyuladi. Koriolis ta'siri salbiy ta'sir ko'rsatmasligi uchun aylanish tezligi etarli va printsipial jihatdan bunday kemani (hech bo'lmaganda nazariy jihatdan) qurish mumkin. Lekin bu olamlarning ham kamchiliklari bor. Uning nomi burchak momentumidir.
Bobildan 5-stansiya Kemani o'z o'qi atrofida aylantirib, biz uni ulkan giroskopga aylantiramiz. Ma'lumki, giroskopni o'z o'qidan burish juda qiyin. Hammasi aniq burchak momenti tufayli, uning miqdori tizimda saqlanishi kerak. Bu ma'lum bir yo'nalishda bir joyga uchish qiyin bo'lishini anglatadi. Ammo bu muammoni ham hal qilish mumkin.
Bo'lishi kerak
Ushbu yechim deyiladi "O'Nil tsilindri". Uning dizayni juda oddiy. Biz eksa bo'ylab bog'langan ikkita bir xil silindrli kemani olamiz, ularning har biri o'z yo'nalishi bo'yicha aylanadi. Natijada, bizda umumiy burchak momentum nolga teng, ya'ni kemani kerakli yo'nalishga yo'naltirish bilan bog'liq muammolar bo'lmasligi kerak. Kema radiusi taxminan 500 m (Bobil 5da bo'lgani kabi) yoki undan ko'p bo'lsa, hamma narsa kerakli tarzda ishlashi kerak.
Jami
Xo'sh, sun'iy tortishish kosmik kemada qanday amalga oshirilishi kerakligi haqida qanday xulosalar chiqarishimiz mumkin? Tavsiya etilgan barcha ilovalardan har xil turlari ishlaydi, bu eng real ko'rinadigan aylanadigan tuzilma bo'lib, unda "pastga" yo'naltirilgan kuch markazlashtirilgan tezlashuv bilan ta'minlanadi. Bizning fizika qonunlari haqidagi zamonaviy tushunchamizni hisobga olgan holda, paluba kabi tekis parallel tuzilmalari bo'lgan kemada sun'iy tortishish yaratish mumkin emas (ko'pincha turli fanlarda tasvirlangan).
Aylanayotgan kemaning radiusi Koriolis effekti odamlarga ta'sir qilmaslik uchun etarlicha kichik bo'lishi kerak. Xayoliy olamlardan yaxshi misollar allaqachon aytib o'tilganlardir Salom Va Bobil 5.
Bunday kemalarni boshqarish uchun siz O'Neill tsilindrini qurishingiz kerak - tizim uchun nol umumiy burchak momentini ta'minlash uchun turli yo'nalishlarda aylanadigan ikkita "barrel". Bu kemani etarli darajada boshqarish imkonini beradi.
Umuman olganda, bizda kosmonavtlarni qulay tortishish sharoitlari bilan ta'minlash uchun juda real retsept mavjud. Va biz haqiqatan ham shunga o'xshash narsani qurmagunimizcha, men kosmos haqidagi o'yinlar, filmlar, kitoblar va boshqa asarlar yaratuvchilardan jismoniy realizmga ko'proq e'tibor berishlarini istardim.
Biz yashaymiz Yandex.Zene, harakat qilib ko'ring. Telegramda kanal bor. Obuna bo'ling, biz xursand bo'lamiz va sizga qulay bo'lasiz 👍 Miyav!B.V. Korolevning quroldoshi Rauschenbax u kosmik kemada sun'iy tortishish yaratish g'oyasiga qanday kelgani haqida gapirdi: 1963 yil qishning oxirida qor yo'lini tozalayotgan bosh konstruktor. Ostankinskaya ko'chasidagi uyi yonida, deyish mumkin edi. Dushanbani kutmasdan, u yaqin atrofda yashovchi Rauschenbaxga qo'ng'iroq qildi va tez orada ular birgalikda uzoq parvozlar uchun kosmosga "yo'lni" ochib berishni boshladilar.
Fikr, tez-tez sodir bo'lganidek, oddiy bo'lib chiqdi; bu oddiy bo'lishi kerak, aks holda amalda hech narsa chiqmasligi mumkin.
Rasmni to'ldirish uchun. 1966 yil mart, amerikaliklar Gemini 11da:
Soat 11:29 da Gemini 11 Agenadan tushdi. Endi qiziqarli narsa boshlanadi: kabel orqali ulangan ikkita ob'ekt qanday harakat qiladi? Avvaliga Konrad gravitatsiyaviy stabilizatsiyaga havolani kiritishga harakat qildi - raketa pastda osilib turishi, yuqoridagi kema va kabel tarang bo'lishi uchun.
Biroq, kuchli tebranishlarni keltirib chiqarmasdan, 30 m masofaga ko'chirish mumkin emas edi. 11:55 da biz tajribaning ikkinchi qismiga - "sun'iy tortishish" ga o'tdik. Konrad ligamentni aylanishga kiritdi; Avvaliga simi egri chiziq bo'ylab cho'zilgan, ammo 20 daqiqadan so'ng u to'g'rilandi va aylanish juda to'g'ri bo'ldi. Konrad tezligini 38 ° / min gacha, kechki ovqatdan keyin esa 55 ° / min gacha oshirib, 0,00078 g og'irlik hosil qildi. Siz buni "tegishda" his qila olmadingiz, lekin narsalar asta-sekin kapsulaning pastki qismiga joylashdi. 14:42 da, uch soatlik aylanishdan so'ng, pin otib tashlandi va Gemini raketadan uzoqlashdi.
