Объясните мне, почему в "научно"-фантастических фильмах типа "Армагеддон", чтобы создать искусственную гравитацию кольцевую станцию просто запускают крутиться вокруг своей оси. На Земле всё понятно: как на старом советском аттракционе "Сюрприз", когда колесо крутится центробежная сила не позволяет человек даже оторваться от стенки, к которой его этой самой центробежной силой прижимает.
Но в космосе!...
Именно поэтому Жюль Верновская идея "Из пушки на Луну" невыполнима, так как сила, с которой нужно запустить снаряд так, чтобы он смог преодолеть земное притяжение, убьет всех "астронавтов" перегрузками.
Именно поэтому, чтобы придать космическую скорость (допустим, даже первую) ракету разгоняют ПОСТЕПЕННО, ступень за ступенью. И то - перегрузки такие, что нетренированный человек просто теряет сознание.
И потом, летя по орбите с бешеной скоростью, космонавты ощущают себя как в комнате (в невесомости, конечно, но без перегрузок). Так как двигатели ВЫКЛЮЧЕНЫ.
Значит если эта самая пресловутая круговая станция должна крутиться с постоянно нарастающей скоростью, чтобы создать иллюзию гравитации.
Иначе, когда она просто станет равномерно крутиться все опять повиснут в воздухе как ни в чем ни бывало?
Или я что-то пропусти/прогулял/проспал в средней школе?...
Или я чего
Техника
Физика. Искусственная гравитация.
Центробежная сила которой планируют заменить силу тяжести действует и при равномерном вращении.
Если объяснить на пальцах, то вращающийся объект летит прямо, но его постоянно надо подворачивать, чтобы он закручивался в круг. Этот постоянный подворот реализует пол космической станции, а силой противодействия (т. е. силу давления человека на пол) и считают центробежной силой.
Если объяснить на пальцах, то вращающийся объект летит прямо, но его постоянно надо подворачивать, чтобы он закручивался в круг. Этот постоянный подворот реализует пол космической станции, а силой противодействия (т. е. силу давления человека на пол) и считают центробежной силой.
Сабина Бейбутова
Вот тут становится понятно! Спасибо!
Потому что в космосе действуют те же законы, что и на Земле. Она и сама в космосе находится, вообще-то.
"Невесомость" - это когда ты ни на что не опираешься. Например, во время полета при прыжке с табуретки - ты находишься в невесомости. И даже хуже того, совершаешь кусочек самого настоящего орбитального полета.
Если ты находишься в пустоте и вдали от любых тяготеющих тел, то "невесомость" будет вполне сохраняться, пока ты движешься равномерно и прямолинейно (с любой скоростью), или даже когда ты неподвижен совсем.
Вблизи тяготеющих тел (околоземное пространство, например), тяготение придает тебе ускорение, и твоя "невесомость" сохраняется уже при УСКОРЕННОМ движении. Либо ускорение направлено прямо по курсу (т. е. ты просто падаешь вертикально), либо поперек курса (когда летишь по круговой орбите), либо навстречу твоему движению (когда ты по инерции летишь наверх и теряешь скорость). В любом из этих случаев ты находишься в невесомости.
Дело в том, что любая масса обладает ДВУМЯ свойствами - инерцией и гравитацией. Собственно, по степени инертности понятие "массы" и измеряется. Теперь сравним две твоих ситуации - карусель и круговую орбиту вокруг Земли. Да, в обоих случаях идет движение по окружности. Но вот ПРИЧИНЫ, искривляющие твою прямолинейную траекторию в круг - разные. На карусели твою траекторию заворачивает сама конструкция - сиденье, перила, ремни и т. п. Твоей инерции (которая тем сильнее, чем твоя масса больше) противоборствует чисто механическое давление со стороны перил или ремней - они тянут или давят твое тело. В итоге масса твоего тела оказывает давление на карусель, а это давление и называется "весом". Поэтому "невесомости" и не получается.
Но если ты летишь по круговой орбите, то твою прямолинейную траекторию искривляет тяготение Земли. И тащит оно тебя не "за руку", не механически нажимая тебе на спину, оно тащит твою МАССУ. И кожу, и кровь, и внутренние органы, каждую клеточку в отдельности. Благодаря этому у тебя просто нет возможности обнаружить эту силу, ты не чувствуешь "опоры" нигде. Тем не менее, траектория твоя искривляется и ты летишь по окружности. Вот поскольку ты ни на что не опираешься телом, это и называется "невесомостью". Вроде бы выглядит странно, но все логично - просто ДВА свойства твоей массы оказались уравновешены. Гравитация тащит в одну сторону, а инерция в другую - и в результате ты не ощущаешь НИЧЕГО. Поэтому, с какой бы силой и в какую бы сторону ни искривлялась твоя траектория силами гравитации - ты все равно остаешься в невесомости и не можешь чувствовать ускорения (которое-таки имеется на самом деле).
Теперь ответ на основной вопрос. Чтобы чувствовать перегрузку на карусели, она вовсе не должна "постоянно ускоряться". Вполне достаточно и ровного вращения. "Ускорение" ты получаешь от ремней и перил этой карусели. Взамен, она испытывает нагрузку и должна тебя ДЕРЖАТЬ. Пассажир на противоположной ее стороне эту нагрузку компенсирует СВОЕЙ инерцией - но ты-то чувствуешь только СВОЮ :-)
Аналогично и на космической станции-карусели. Ей вполне достаточно вращаться равномерно и по инерции. Она все равно будет давить тебе на ноги, чтобы заставить твое тело следовать по окружности. И это давление ты ощутишь как "вес" (т. е. "скромную перегрузку"). Станция при этом ТОЖЕ испытывает растягивающие усилия, как и карусель - и они ТОЖЕ уравновешиваются весом людей и оборудования на противоположной стороне станции.
В комменте ниже еще немножко добавлю.
"Невесомость" - это когда ты ни на что не опираешься. Например, во время полета при прыжке с табуретки - ты находишься в невесомости. И даже хуже того, совершаешь кусочек самого настоящего орбитального полета.
Если ты находишься в пустоте и вдали от любых тяготеющих тел, то "невесомость" будет вполне сохраняться, пока ты движешься равномерно и прямолинейно (с любой скоростью), или даже когда ты неподвижен совсем.
Вблизи тяготеющих тел (околоземное пространство, например), тяготение придает тебе ускорение, и твоя "невесомость" сохраняется уже при УСКОРЕННОМ движении. Либо ускорение направлено прямо по курсу (т. е. ты просто падаешь вертикально), либо поперек курса (когда летишь по круговой орбите), либо навстречу твоему движению (когда ты по инерции летишь наверх и теряешь скорость). В любом из этих случаев ты находишься в невесомости.
Дело в том, что любая масса обладает ДВУМЯ свойствами - инерцией и гравитацией. Собственно, по степени инертности понятие "массы" и измеряется. Теперь сравним две твоих ситуации - карусель и круговую орбиту вокруг Земли. Да, в обоих случаях идет движение по окружности. Но вот ПРИЧИНЫ, искривляющие твою прямолинейную траекторию в круг - разные. На карусели твою траекторию заворачивает сама конструкция - сиденье, перила, ремни и т. п. Твоей инерции (которая тем сильнее, чем твоя масса больше) противоборствует чисто механическое давление со стороны перил или ремней - они тянут или давят твое тело. В итоге масса твоего тела оказывает давление на карусель, а это давление и называется "весом". Поэтому "невесомости" и не получается.
Но если ты летишь по круговой орбите, то твою прямолинейную траекторию искривляет тяготение Земли. И тащит оно тебя не "за руку", не механически нажимая тебе на спину, оно тащит твою МАССУ. И кожу, и кровь, и внутренние органы, каждую клеточку в отдельности. Благодаря этому у тебя просто нет возможности обнаружить эту силу, ты не чувствуешь "опоры" нигде. Тем не менее, траектория твоя искривляется и ты летишь по окружности. Вот поскольку ты ни на что не опираешься телом, это и называется "невесомостью". Вроде бы выглядит странно, но все логично - просто ДВА свойства твоей массы оказались уравновешены. Гравитация тащит в одну сторону, а инерция в другую - и в результате ты не ощущаешь НИЧЕГО. Поэтому, с какой бы силой и в какую бы сторону ни искривлялась твоя траектория силами гравитации - ты все равно остаешься в невесомости и не можешь чувствовать ускорения (которое-таки имеется на самом деле).
Теперь ответ на основной вопрос. Чтобы чувствовать перегрузку на карусели, она вовсе не должна "постоянно ускоряться". Вполне достаточно и ровного вращения. "Ускорение" ты получаешь от ремней и перил этой карусели. Взамен, она испытывает нагрузку и должна тебя ДЕРЖАТЬ. Пассажир на противоположной ее стороне эту нагрузку компенсирует СВОЕЙ инерцией - но ты-то чувствуешь только СВОЮ :-)
Аналогично и на космической станции-карусели. Ей вполне достаточно вращаться равномерно и по инерции. Она все равно будет давить тебе на ноги, чтобы заставить твое тело следовать по окружности. И это давление ты ощутишь как "вес" (т. е. "скромную перегрузку"). Станция при этом ТОЖЕ испытывает растягивающие усилия, как и карусель - и они ТОЖЕ уравновешиваются весом людей и оборудования на противоположной стороне станции.
В комменте ниже еще немножко добавлю.
Lilia Jaworski
Кстати, даже и при гравитационном (а не механическом) взаимодействии, когда ты летишь вокруг Земли по орбите - сила все равно работает в обе стороны, точно по Ньютону. Земля придает тебе ускорение, чтобы завернуть твой полет по кругу - но и ты ТОЖЕ придаешь Земле ускорение, и она ТОЖЕ летит вокруг тебя по кругу. Просто у нее масса побольше, поэтому размеры ее "орбиты вокруг тебя" получаются мизерные. Поэтому ты спокойно считаешь Землю неподвижной. Но как представитель разумного вида, ты должен просто знать, что на самом деле вокруг тебя происходит много такого, чего глазом не уловить :-)
Сабина Бейбутова
Правка: подзабыл, - возможно это был 1990-й...
Держись за стул, а то сейчас упадёшь - в космосе те же законы физики и центробежная сила там прекрасно работает. Знаю, шок.
Сабина Бейбутова
Все да не все. Если космонавта ПОЛНОСТЬ затормозить весящим в невесомости в центра коробля, без возможности до чего-нибудь дотянуться и дышать/пукнуть, чтобы использовать это как реактивную силу, он так и провисит вечность на одном месте. И как он не будет крутиться, его центр тяжести останется на одном месте и даже не доставая один сантиметр до какой-нибудь балки, за которую можно ухватиться, умрет от голода.
Так что сила притяжения - штука интересная, практически не изученная и центробежная сила напрямую с ней связана.
Так что сила притяжения - штука интересная, практически не изученная и центробежная сила напрямую с ней связана.
Вы во многом правы. Но не во всем.
1. Чтобы создать иллюзию гравитации, тороидальная станция должна вращаться с постоянной угловой скоростью. В этом случае центростремительное ускорение будет постоянным по величине и переменным по направлению. Возникающая за счет этого вращения центробежная сила с центростремительным ускорением будет обратна по направлению.
2. Эта сила будет действовать только на предметы, расположенные изнутри на внешней стенке тора, той, что дальше от центра.
3. Если человек подпрыгнет, оттолкнувшись от этой стенки, то обратно на нее он не вернется и, действительно, повиснет в невесомости. Он будет плавать до тех пор, пока не столкнется с внешней стенкой тора. Тогда, если зацепится за что-то или будет увлечен силой трения, снова ощутит действие центробежной силы и сможет пользоваться подобием гравитации.
1. Чтобы создать иллюзию гравитации, тороидальная станция должна вращаться с постоянной угловой скоростью. В этом случае центростремительное ускорение будет постоянным по величине и переменным по направлению. Возникающая за счет этого вращения центробежная сила с центростремительным ускорением будет обратна по направлению.
2. Эта сила будет действовать только на предметы, расположенные изнутри на внешней стенке тора, той, что дальше от центра.
3. Если человек подпрыгнет, оттолкнувшись от этой стенки, то обратно на нее он не вернется и, действительно, повиснет в невесомости. Он будет плавать до тех пор, пока не столкнется с внешней стенкой тора. Тогда, если зацепится за что-то или будет увлечен силой трения, снова ощутит действие центробежной силы и сможет пользоваться подобием гравитации.
Сабина Бейбутова
Про пункт третий: Не понимаю про этот прыжок.
По Вашей логике, космонавт, находящийся на корабле, несущейся с огромной скоростью по орбите, должен быть размазан об стенку, стоит ему отстегнуться от кресла. Так ведь нет! Это закрытая система и он висит в невесомости без особых проблем. Так как корабль летит с ПОСТОЯННОЙ скоростью, без ускорения. Чем же эта закрытая система отличается от, как Вы правильно назвали, тороидальной станций?
На земле есть еще сила притяжения, вектор которой и складывается с центробежной силой.
Но в космосе её же нет!
Так откуда там взяться центробежной силе без ускорения?...
По Вашей логике, космонавт, находящийся на корабле, несущейся с огромной скоростью по орбите, должен быть размазан об стенку, стоит ему отстегнуться от кресла. Так ведь нет! Это закрытая система и он висит в невесомости без особых проблем. Так как корабль летит с ПОСТОЯННОЙ скоростью, без ускорения. Чем же эта закрытая система отличается от, как Вы правильно назвали, тороидальной станций?
На земле есть еще сила притяжения, вектор которой и складывается с центробежной силой.
Но в космосе её же нет!
Так откуда там взяться центробежной силе без ускорения?...
Сабина Бейбутова
"вращаться с постоянной угловой скоростью" - кажется начинаю допетривать, вдумываясь в понятие "угловой скорости"... Спсибо!
Ни кто не знает что это
Да, проспал...
в космосе так определяют массу тела, если взять гирю и начать ее вращать на веревке у нее появится вес (масса) а значит и сила притяжения.
Сабина Бейбутова
Сила притяжения есть у гири всегда.
Кстати многие путают "ВЕС" и "МАССУ".
И при детском вопросе "что больше весит - килограмм свинца или килограмм пуха - правильный ответ по сути - "килограмм свинца".
Если бы вопрос ставили "какую массу имеет килограмм свинца по сравнению с килограммом пуха" ответ был бы другим.
Кстати многие путают "ВЕС" и "МАССУ".
И при детском вопросе "что больше весит - килограмм свинца или килограмм пуха - правильный ответ по сути - "килограмм свинца".
Если бы вопрос ставили "какую массу имеет килограмм свинца по сравнению с килограммом пуха" ответ был бы другим.
Сабина Бейбутова
Если в космосе космонавт весом 70 кг начнет крутить вокруг себя гирю в 70 кг, то что вокруг чего будет крутиться?
По сути Зенмля вертиться вокруг Солнца и Солнце вертиться вокруг Земли - оба утверждения по сути верны. Так как если Вы находитесь на луне, то орбиты других космических тел - это вообще кошмар.
И, к слову Галилей в своё время во время допроса в инквизиции признал, что Земля - центр Вселенной и всё крутиться вокруг неё, но если в качестве центра вращения избрать Солнце, то на порядок легче будет строить математические модели поведения других космических тел. И все остались довольны, щипцы отложили (временно) на полочку.
По сути Зенмля вертиться вокруг Солнца и Солнце вертиться вокруг Земли - оба утверждения по сути верны. Так как если Вы находитесь на луне, то орбиты других космических тел - это вообще кошмар.
И, к слову Галилей в своё время во время допроса в инквизиции признал, что Земля - центр Вселенной и всё крутиться вокруг неё, но если в качестве центра вращения избрать Солнце, то на порядок легче будет строить математические модели поведения других космических тел. И все остались довольны, щипцы отложили (временно) на полочку.
1. Фантастика.
2. Сам ответил на свой вопрос. Искусственная гравитация создаётся за счёт центробежной силы. Физика и в космосе физика, только сложней.
3. Ракету разгоняют постепенно потому что ещё нет двигателей которые дадут огромную начальную скорость и материалов которые выдержат такую перегрузку. Да с людьми на борту ограничения выдерживания максимальной перегрузки человеком, но не чисто грузовые ракеты. А ступени придуманы потому что чем легче ракета тем меньше тяги надо, а при её постоянной величине и снижение массы увеличивается набор скорости. В баке закончилось топливо. Бак становиться ненужным балластом. Поэтому от него избавляются.
2. Сам ответил на свой вопрос. Искусственная гравитация создаётся за счёт центробежной силы. Физика и в космосе физика, только сложней.
3. Ракету разгоняют постепенно потому что ещё нет двигателей которые дадут огромную начальную скорость и материалов которые выдержат такую перегрузку. Да с людьми на борту ограничения выдерживания максимальной перегрузки человеком, но не чисто грузовые ракеты. А ступени придуманы потому что чем легче ракета тем меньше тяги надо, а при её постоянной величине и снижение массы увеличивается набор скорости. В баке закончилось топливо. Бак становиться ненужным балластом. Поэтому от него избавляются.
Сабина Бейбутова
Это всё понятно. Но, насколько я понимаю, постепенное ускорение при выходе на орбиту ПИЛОТИРУЕМЫХ кораблей нужно ИМЕННО для того, чтобы перегрузки в 30 G или выше не вынесли бы орбиту расплющенные трупы космонавтов, а не превышали бы 7-8 G.
Центробежная сила - одно
Перегрузка, которая возникает при ускорении, но не равномерном движении - другое
Перегрузка, которая возникает при ускорении, но не равномерном движении - другое
Похожие вопросы
- Искусственная гравитация и зачем она нужна?
- Как создать искусственную гравитацию?
- Искусственная гравитация, которую создают в фильмах о космосе, вызывается центробежной силой - вот и стало интересно,
- Почему до сих пор не существует прототипа искусственной гравитации за счет центробежной силы?
- Почему на МКС не сделают искусственную гравитацию (вращением)?
- Нужна ли ракетам искусственная гравитация для дальних перелетов? Или лучше построить ракету с постоянным ускорением 1g?
- Почему на МКС нет модуля с искусственной гравитацией? Появится ли такой в ближайшие десятилетие?
- Почему до сих пор на МКС нет модуля с искусственной гравитацией?
- Создание искусственной гравитации
- Какова причина того что называют "гравитация" ?