NASA kaaluta Wonder, rohkem tuntud kui Vomiti komeet. See on modifitseeritud Douglas DC-9 lennuk. Kujutise krediit: NASA.

Küsige Ethanilt: kas nullgravitatsioon on tõesti asi?

Miks on kaaluta olek võimalik, isegi kui pole kohta, kus saaksite peituda Universumi kõige ulatuslikuma jõu eest.

“See oli kummaline kergus, triiviv tunne. Null gravitatsioon. Sain aru, et kõik, mis kunagi tundus kindel ja liikumatu, võib lihtsalt hõljuda. ” -Lisa Unger

Kui näeme kosmoses astronaute, kes lendavad Maa atmosfääri kohal, öeldakse meile, et neil on null gravitatsioon: tõeline kaaluta. Kuid Maa, Kuu, Päike ja kõik teised massid Universumis tõmbavad neid endiselt gravitatsiooniliselt! Niisiis, kuidas nullgravitatsioon tegelikult töötab ja kas see on päris asi? See on Warren Cooperit veatav küsimus, kes küsib:

Olen kuulnud katsetest nullgravitatsiooniga ISSi alal ja kuulen, et uuringuid tehakse inimestel nullgravitatsiooni korral. Kuid kas nullgravitatsioon on tegelik asi?

See on tõesti hea küsimus ja tunne, et kogemiseks ei pea te kosmosesse minema.

Freefall sõidab alates 2006. aastast Six Flags over Georgia kohal. Kujutise krediit: Wikimedia Commonsi kasutaja WillMcC, alla cca-3.0 ei toetata.

Mõelge, mis vahe on sellel, mida te praegu teete - tõenäoliselt istute “paigal” - ja kukkumise vahel. Erinevus pole mitte toolil, istmel ega raskusjõul. Teil võiksid kõik need olla ja ikkagi kukkuda, nagu näiteks vabalanguse mägraga. Erinevus on selles, mida kogete, kui iste (või põrand, voodi või kõikjal, kus te viibite) surub teile selga, vastu pidades raskusjõule. Põhjusel, et te ei koge kukkumise tunnet, pole gravitatsioonil peaaegu nii palju pistmist kui sellel, mida me füüsikas kutsume normaaljõuks. Asi ei ole selles, et see on ebanormaalse jõu vastand; normaalne jõud on jõud, mis on normaalne (või risti) pinnaga, millel istud / seisad / lamad.

Gravitatsioonijõud (punane) ja normaaljõud (sinine), mis on võrdsed ja vastupidised jõud, kuna nad mõjutavad mis tahes massi Maa pinnal. Üldkasutatav pilt.

Võtke nüüd see jõud ära. Võite ette kujutada selle äravõtmist mitmel erineval viisil:

  • Võiksite eemaldada selle pinna, näiteks põranda, tooli või muu, mis teid ülal hoiab.
  • Võiksite gravitatsiooni välja lülitada, muutes teid kaaluta.
  • Või võite lülitada välja teie ja selle pinna aatomite vahelise elektromagnetilise interaktsiooni.

Esimesel juhul kukutaksite lihtsalt alla selle, mis oli allpool, justkui oleksite kogemata õhukesele õhule astunud ja hakanud kukkuma. Teisel juhul peaksite mõistma, et ainus põhjus, miks normaalne jõud oli sisse lülitatud, on see, et raskusjõud tõmbas teid Maa poole, kui põrand (või tool) oli teel, lükkasite tagasi võrdsete ja vastupidine reaktsioon, et hoida sind paigal. Kui keeraksite gravitatsiooni välja, läheks raskusjõud nulli ja võrdselt ja vastupidine jõud. Ja kolmandal juhul oleks gravitatsioonijõud ikkagi olemas, tõmmates teid Maa keskpunkti poole, kuid ilma teid mõjutavate põranda aatomite vaheliste elektromagnetiliste jõududeta kukuksite otse läbi.

Ehkki mürsk toimib ainult gravitatsiooni mõjul, näib see tekitavat parabooli, kuid see on vaid väike osa tegelikult ellipsist, mille keskpunktiks on Maa keskpunkt. Kui elektromagnetiline jõud oleks välja lülitatud, siis täidab pall selle elliptilise tee umbes 90 minutiga. Pildikrediit: Wikimedia Commonsi kasutaja MichaelMaggs; Toimetanud Richard Bartz.

Need kolm juhtumit on ilmselgelt väga erinevad. Esimesel juhul tõmbab gravitatsioon teid allapoole, kiirendades teid Maa keskpunkti suunas ja teeks seda seni, kuni te kas lõpetate kiirendamise õhust tingitud tõmbejõu tõttu või põhjusel, et kogesite Maalt (või muust tahke kehast tulevat jõudu) ). Teisel juhul tunneksite raskust ja see ei kiirendaks üldse; see oleks tõsi “nullgravitatsioon”. Ja kolmandal juhul kiirendaksite Maa keskpunkti poole, tehes ellipsoidi, mille keskpunktiks oleks Maa keskpunkt, naastes oma lähtepunkti umbes 90 minuti pärast.

Naljakas asi? Esimesel esimesel hetkel tunneksite kõigil kolmel juhul täpselt sama tunnet.

Rahvusvahelise kosmosejaama pardal astronaudid ja puuviljad. Pange tähele, et raskusjõudu ei lülitata välja, vaid kõik - ka kosmoselaev - kiirendatakse ühtlaselt, mille tulemuseks on null-g kogemus. Üldkasutatav pilt.

See kaaluta olekus, see kõhtu tõusmise tunne, see desorientatsioon ... just see on nullgravitatsiooni tunne. Veel veider? Teine ja kolmas stsenaarium - kas siis, kui raskusjõud on välja lülitatud või kui te kiirendate vabalangemist, kus pole midagi suhelda - oleks teie jaoks eristamatu, kui te ei avaks oma silmi. Te ei saa öelda vahet gravitatsiooni väljalülitamise ja ühtlase vabalangemise kiirenduse vahel. See võib tunduda vastuoluline, kuid see on tuum, määratlev põhimõte, mis viis Einsteinil sõnastada üldine relatiivsus. Seda teame tänapäeval kui Einsteini samaväärsuse põhimõtet.

Kiirendatud raketis (vasakul) ja maa peal (paremal) põrandale langeva kuuli identne käitumine näitab Einsteini ekvivalentsuspõhimõtet. Pildikrediit: Wikimedia Commonsi kasutaja Markus Poessel, retušeeritud Pbroks13 poolt.

Põhimõtte kohaselt ei saa kuidagi eristada gravitatsioonikiirendust ja muud kiirenduse vormi, nagu raketi tõukejõud. Selles öeldakse, et kui teie ja teie võrdlusraam on mõlemad kiirendatud, koos, ühtlaselt, on see sama, kui üldse mitte kiirendada. Jõud, mida tunnete Maal, pöörledes selle teljel ja tiirledes ümber Päikese, on identne jõuga, mida tunneksite, kui Päike kaoks, ja Maa keerles lihtsalt üksi kosmose kuristikus.

Maa tiirleb ümber Päikese, pöörlemisteljega. Kujutise krediit: wikimedia Commonsi kasutaja Tauʻolunga, lasti avalikku omandisse.

Kui me ütleme “nullgravitatsioon”, ei pea me silmas seda, et gravitatsiooni jõud lakkab eksisteerimast. Universumis pole kohta, kuhu saaksime minna sinna, kus oleksime gravitatsioonijõudude eest edukalt varjatud, ega vaja. Kõik, mida vajame, on normaalse jõu väljalülitamine, mis tähendab, et võimaldame nii enda kui ka võrdlusraami ühtlaseks langemiseks. Kõik, mida peame tegema, on kiirendada täpselt sama kiirusega nagu meie ümbrus, ilma nende vahel vahet tegemata. Sama põhimõte on ka okse komeedil sõites, kus lennuki mootor lõigatakse ja see langeb umbes 40 sekundit vabaks koos teiega pardal.

Oksendasid komeettide sõitjad 2006. aastal ühe nullgravitatsiooni ajal. Pildikrediit: flickri kasutaja Steve Jurvetson, https://www.flickr.com/photos/jurvetson/224239224 kaudu.

Nullgravitatsioon, mida te kogete, võib tunda palju kukkumist, välja arvatud juhul, kui õhk ei jookse teie juurest mööda. Lihtsalt on see, et teie ja selle vahel, mida te tajume kui "alla" suunda, ei ole suhtelist raskust. Kui teil peaks selles suhtes olema suhteline gravitatsioon null, kogeksite kõikvõimalikke füüsilisi haigusi: luude hõrenemine, lihaste atroofia, nägemiskahjustus või isegi pimedaksjäämine, kõigi jalgade kalli kaotamine (mis põhjustab jalgade sulamist) ) ja kuna raskusjõu puudumine tõmbab teie sisekülge nii, nagu tavaliselt Maa gravitatsiooni all tõmmatakse, suureneb puhitus. Kõik need on riskid astronautidele; Apollo 16 astronaut John Young sai Kuu ajal kuulsalt halva juhtumi kosmoselendude kohta, mille ta süüdistas ebaharilikult Florida tarbitud apelsinimahlas.

Nullgravitatsiooni kogemine sõna otseses mõttes võib olla täielik müüt, kuna universumis pole kusagil võimalik peituda ülima pikamaajõu eest. Kuid teie füüsilise keha vaatenurgast ei saa te kunagi erinevust öelda seni, kuni teie ümbrus on ühtlaselt kiirenenud sama kiirusega, nagu te olete. Nullgravitatsioon ja vabalangemine on teie kogemuse osas sünonüümid. Ehkki nullgravitatsiooni kogevas universumis ei pruugi tehniliselt kunagi midagi olla, on parim asendaja, mida võite paluda, lasta gravitatsioonil end alavääristada - kuni teil tekib midagi vastu panna. Vähemalt oli see piisavalt hea Einsteini jaoks, piisavalt hea ka astronautide jaoks ja see peaks olema piisavalt hea ka meie kõigi jaoks.

Esitage oma Ask Ethani küsimused aadressile gmail dot com aadressilwabhabang.

See postitus ilmus esmakordselt Forbes ja meie Patreoni toetajad on teile reklaamivabad. Kommenteerige meie foorumit ja ostke meie esimene raamat: Beyond The Galaxy!