این چیست - بی وزنی؟ ارائه با موضوع "فیزیک بی وزنی" پیامی در مورد موضوع بی وزنی

وزن به عنوان نیرویی که هر جسم با آن روی یک سطح، تکیه گاه یا تعلیق عمل می کند. وزن به دلیل جاذبه گرانشی زمین به وجود می آید. از نظر عددی، وزن برابر با نیروی گرانش است، اما دومی به مرکز جرم بدن اعمال می شود، در حالی که وزن به تکیه گاه اعمال می شود.

بی وزنی - وزن صفر، می تواند در صورتی رخ دهد که نیروی گرانشی وجود نداشته باشد، یعنی بدن به اندازه کافی از اجسام عظیمی که می توانند آن را جذب کنند دور باشد.

ایستگاه فضایی بین المللی در 350 کیلومتری زمین قرار دارد. در این فاصله، شتاب گرانش (g) 8.8 متر بر ثانیه است که تنها 10 درصد کمتر از سطح سیاره است.

این در عمل به ندرت دیده می شود - تأثیر گرانشی همیشه وجود دارد. فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی هنوز تحت تأثیر زمین هستند، اما بی‌وزنی در آنجا وجود دارد.

مورد دیگر بی وزنی زمانی رخ می دهد که گرانش توسط نیروهای دیگر جبران شود. به عنوان مثال، ایستگاه فضایی بین‌المللی در معرض گرانش است، به دلیل مسافت کمی کاهش می‌یابد، اما ایستگاه همچنین در یک مدار دایره‌ای با سرعت فرار حرکت می‌کند و نیروی گریز از مرکز گرانش را جبران می‌کند.

بی وزنی روی زمین

پدیده بی وزنی نیز در زمین امکان پذیر است. تحت تأثیر شتاب، وزن بدن می تواند کاهش یابد و حتی منفی شود. مثال کلاسیکی که فیزیکدانان ارائه کرده اند، سقوط آسانسور است.

اگر آسانسور با شتاب به سمت پایین حرکت کند، فشار وارد بر کف آسانسور و در نتیجه وزن کاهش می یابد. ضمناً اگر شتاب برابر با شتاب گرانش باشد، یعنی آسانسور سقوط کند، وزن اجسام صفر می شود.

اگر شتاب حرکت آسانسور از شتاب گرانش بیشتر شود وزن منفی مشاهده می شود - اجسام داخل به سقف کابین "چسبیده" می شوند.

این اثر به طور گسترده برای شبیه سازی بی وزنی در تمرین فضانوردان استفاده می شود. این هواپیما که مجهز به یک اتاقک آموزشی است تا ارتفاع قابل توجهی بالا می رود. پس از آن در امتداد یک مسیر بالستیک به پایین فرو می رود، در واقع، دستگاه در سطح زمین قرار می گیرد. هنگام غواصی از ارتفاع 11 هزار متری می توانید 40 ثانیه بی وزنی داشته باشید که برای تمرین استفاده می شود.

این تصور اشتباه وجود دارد که چنین افرادی برای دستیابی به بی وزنی، چهره های پیچیده مانند "حلقه نستروف" را انجام می دهند. در واقع از هواپیماهای مسافربری تولید اصلاح شده که توانایی انجام مانورهای پیچیده را ندارند برای آموزش استفاده می شود.

بیان فیزیکی

فرمول فیزیکی وزن (P) در حین حرکت تند تکیه گاه، خواه یک بدنه در حال سقوط یا یک هواپیمای غواصی، به شرح زیر است:

جایی که m توده بدن است،
g - شتاب سقوط آزاد،
a شتاب پشتیبانی است.

وقتی g و a برابر باشند P=0 یعنی بی وزنی حاصل می شود.

ما در زمانی زندگی می کنیم که پرواز فضاپیماها به دور زمین، به ماه و سایر سیارات منظومه شمسی دیگر تعجب آور نیست. می دانیم که در حین پرواز، فضانوردان و تمامی اجسام روی سفینه های فضایی در حالت خاصی به نام حالت بی وزنی قرار دارند. این چه حالتی است و آیا می توان آن را روی زمین مشاهده کرد؟ بی وزنی یک پدیده فیزیکی پیچیده است. برای درک آن، باید چیزی از درس فیزیک را به خاطر بسپارید.

بنابراین منظور از وزن جسم نیرویی است که جسم به دلیل جاذبه زمین بر تکیه گاه فشار می آورد.

تصور کنید که تکیه گاه و بدن آزادانه در حال سقوط هستند. از این گذشته ، تکیه گاه نیز جسمی است که گرانش روی آن تأثیر می گذارد. وزن بدن در این حالت چقدر خواهد بود: بدن با چه نیرویی روی تکیه گاه عمل می کند؟

بیایید یک آزمایش انجام دهیم. بیایید یک بدنه کوچک برداریم و آن را از یک فنر متصل به تکیه گاه ثابت آویزان کنیم. تحت تأثیر گرانش، بدن شروع به حرکت به سمت پایین می کند، بنابراین فنر آنقدر کشیده می شود که نیروی کشسانی در آن ایجاد می شود که نیروی گرانش را متعادل می کند. اگر نخ نگهدارنده فنر و بدنه را قطع کنید، فنر و بدنه می افتد. می بینید که در طول پاییز، تنش در بهار از بین می رود و به اندازه اولیه خود باز می گردد.

چه اتفاقی می افتد؟ وقتی یک فنر با بدنه می افتد، بدون کشش می ماند. یعنی بدن در حال سقوط به فنری که با آن می افتد عمل نمی کند. در این حالت وزن جسم صفر است، اما بدنه و فنر سقوط می کنند، یعنی نیروی جاذبه همچنان بر آنها اثر می گذارد.

به همین ترتیب، اگر بدن و پایه یا تکیه‌گاهی که بدن روی آن قرار دارد، آزادانه بیفتد، فشار بدن به پایه یا تکیه‌گاه متوقف می‌شود. در این حالت وزن بدن برابر با صفر خواهد بود.

پدیده های مشابهی در فضاپیماها و ماهواره ها مشاهده می شود. ماهواره‌ای که به دور زمین می‌چرخد، فضانورد و تمام اجسامی که در داخل ماهواره هستند در حال سقوط آزاد مداوم هستند (به نظر می‌رسد به زمین می‌افتند). در نتیجه بدنه ها در هنگام پاییز به تکیه گاه فشار نمی آورند و فنر را کش نمی دهند. گفته می شود که چنین اجسامی در حالت بی وزنی هستند ("بدون وزن"، وزن صفر است).

اجسامی که در فضاپیما محکم نشده اند آزادانه شناور می شوند. مایعی که در ظرف ریخته می شود به کف و دیواره ظرف فشار نمی آورد، بنابراین از سوراخ ظرف خارج نمی شود. آونگ های ساعت در هر موقعیتی که در آن رها می شوند قرار می گیرند. فضانورد برای نگه داشتن دست یا پای خود در حالت کشیده نیازی به تلاش ندارد. تصور او از اینکه کجا بالاست و کجا پایین ناپدید می شود. اگر سرعت بدنه را نسبت به کابین ماهواره بدهید، آنگاه به صورت مستقیم و یکنواخت حرکت می کند تا زمانی که با اجسام دیگر برخورد کند.

blog.site، هنگام کپی کردن کامل یا جزئی مطالب، پیوند به منبع اصلی الزامی است.

« فیزیک - پایه دهم"

تعریف جاذبه را به خاطر بسپارید. آیا او می تواند ناپدید شود؟

همانطور که می دانیم گرانش نیرویی است که زمین جسمی را که روی سطح خود یا نزدیک این سطح قرار دارد جذب می کند.

وزن بدننیرویی نامیده می شود که با آن این جسم روی تکیه گاه افقی عمل می کند یا تعلیق را کشیده می شود.

وزن نیرویی با ماهیت خاصی نیست. این نام به مورد خاصی از تجلی نیروی الاستیک داده شده است.

وزنه مستقیماً روی کفه ترازو فنری عمل می کند و فنر را کشیده می شود. تحت تأثیر این نیرو یوغ ترازو اهرمی می چرخد.
اجازه دهید این موضوع را با یک مثال ساده توضیح دهیم.

اجازه دهید بدن A روی یک تکیه گاه افقی B قرار گیرد (شکل 3.9)، که می تواند به عنوان کفه ترازو عمل کند.
نیروی گرانش را با و نیروی فشار جسم روی تکیه گاه (وزن) را با 1 نشان می دهیم.
مدول نیروی واکنش زمین برابر با مدول وزن 1 طبق قانون سوم نیوتن است.

نیرو در جهت مخالف وزن 1 هدایت می شود
نیروی واکنش زمین نه به تکیه گاه بلکه به بدنه ای که روی آن قرار دارد اعمال می شود.

در حالی که نیروی گرانش به دلیل تعامل بدن با زمین است، وزن 1 در نتیجه یک برهمکنش کاملاً متفاوت ظاهر می شود - برهم کنش جسم A و تکیه گاه B.
بنابراین وزن دارای ویژگی هایی است که به طور قابل توجهی آن را از گرانش متمایز می کند.

مهمترین ویژگی وزن این است که ارزش آن به شتاب حرکت تکیه گاه بستگی دارد.

هنگامی که اجسام از قطب به استوا منتقل می شوند، وزن آنها تغییر می کند، زیرا به دلیل چرخش روزانه زمین، ترازو با جسم دارای شتاب مرکز مدار در استوا هستند.
طبق قانون دوم نیوتن، برای جسمی که در خط استوا قرار دارد، داریم

که در آن N نیروی واکنش زمین برابر با وزن بدن است.

در قطب، وزن جسم برابر با نیروی گرانش است. بدیهی است که وزن بدن در قطب از استوا بیشتر است.

بیایید روی یک مورد ساده تر تمرکز کنیم.
در آسانسوری که با شتاب حرکت می کند، بدن در مقیاس فنری باشد.
طبق قانون دوم نیوتن

اجازه دهید محور مختصات OY سیستم مرجع مرتبط با زمین را به صورت عمودی به سمت پایین هدایت کنیم.
اجازه دهید معادله حرکت جسم در حالت طرح ریزی روی این محور را بنویسیم:

ma y = F y + N y.

اگر شتاب به سمت پایین باشد، پس با بیان پیش بینی بردارها بر حسب ماژول های آنها، ma = F - N به دست می آوریم. از آنجایی که N = F 1، پس ma = F - F 1.
از اینجا مشخص می شود که تنها در a = 0 وزن برابر با نیرویی است که بدن با آن به زمین جذب می شود (F 1 = F). اگر a ≠ 0، آنگاه F 1 = F - ma = m(g - a).

وزن بدن به شتابی که تکیه گاه با آن حرکت می کند بستگی دارد و ظاهر این شتاب معادل تغییر در شتاب گرانش است.
به عنوان مثال، اگر آسانسور مجبور به سقوط آزادانه شود، یعنی a = g، سپس F 1 = m(g - g) = 0، بدن در حالت بی وزنی قرار دارد.

شروع حالت بی وزنی برای اجسام به این معنی است که اجسام روی تکیه گاه فشار نمی آورند و بنابراین تحت تأثیر نیروی واکنش تکیه گاه قرار نمی گیرند، آنها فقط تحت تأثیر نیروی گرانش به سمت زمین حرکت می کنند.

آیا ماهیت بی وزنی برای اجسام در آسانسور و برای اجسام در ماهواره یکسان است؟

ماهیت مکانیکی بی وزنی این است که در یک چارچوب مرجع که نسبت به زمین با شتاب سقوط آزاد حرکت می کند، همه پدیده هایی که در اثر گرانش روی زمین ایجاد می شوند ناپدید می شوند.

بارها آزمایش هایی انجام شد که در آن حالت بی وزنی ایجاد شد. به عنوان مثال، هواپیما شتاب می گیرد و از یک لحظه خاص شروع می شود، به شدت در امتداد یک سهمی حرکت می کند، چیزی که در غیاب هوا خواهد بود.

در همان زمان، پدیده های غیرعادی در کابین مشاهده می شود: آونگ در حالت انحراف یخ می زند، آب پاشیده شده از یک لیوان به عنوان یک قطره کروی بزرگ در هوا آویزان می شود، و در کنار آن همه اشیاء دیگر، صرف نظر از جرم و جرم آنها. شکل دهید، منجمد کنید، گویی روی نخ های نامرئی آویزان شده است.

همین اتفاق در کابین فضاپیما هنگام حرکت در مدار رخ می دهد.
در ارتفاعات بالای زمین تقریباً هوا وجود ندارد، بنابراین نیازی به جبران مقاومت آن توسط موتورهای در حال کار نیست.
و این پرواز نه یک دقیقه، بلکه چندین روز طول می کشد.

صفحه اصلی > چکیده

وزارت آموزش و پرورش و علوم RF

مؤسسه آموزشی شهرداری دبیرستان شماره 4 به نام I.S. مشکیچکیده فیزیک با موضوع: بی وزنی

کار انجام شده:

دانش آموز دبیرستان شماره 4

10 کلاس "B" خلوسوا آناستازیا

سرپرست:

لبدوا ناتالیا یوریونا

معلم فیزیک

معرفی
فصل 1. وزن بدن و بی وزنی
1.1. وزن بدن
1.2. وزن جسمی که با شتاب حرکت می کند
1.3. بی وزنی
1.4. جالب است
1.4.1. شعله در جاذبه صفر
فصل 2. انسان و بی وزنی
2.2. عملیات در گرانش صفر
2.3. کاربرد تحولات فضایی روی زمین
نتیجه
ادبیات
کاربرد

معرفی

پدیده بی وزنی همیشه علاقه من را برانگیخته است. البته هر شخصی دوست دارد پرواز کند و بی وزنی چیزی نزدیک به حالت پرواز است. قبل از شروع تحقیق فقط می دانستم که بی وزنی وضعیتی است که در فضا مشاهده می شود، در یک سفینه فضایی که در آن همه اجرام پرواز می کنند و فضانوردان نمی توانند مانند زمین روی پاهای خود بایستند. بی وزنی بیشتر برای فضانوردی مشکل ساز است تا یک پدیده غیرعادی. در حین پرواز در فضاپیما، ممکن است مشکلات سلامتی ایجاد شود و پس از فرود، باید راه رفتن و ایستادن دوباره به فضانوردان آموزش داده شود. بنابراین، بسیار مهم است که بدانیم بی وزنی چیست و چگونه بر رفاه افرادی که در فضا سفر می کنند تأثیر می گذارد. در نتیجه باید با ایجاد برنامه هایی برای کاهش خطر اثرات نامطلوب بی وزنی بر بدن، این مشکل را حل کرد. هدف کار من این است که مفهوم بی وزنی را به شکل پیچیده ای ارائه دهم (یعنی آن را از جنبه های مختلف در نظر بگیرم)، تا به ارتباط این مفهوم نه تنها در چارچوب مطالعه فضای بیرونی، بلکه تأثیر منفی بر انسان ها توجه کنم. ، بلکه در چارچوب امکان استفاده از فناوری اختراع شده در زمین برای کاهش این تاثیر؛ انجام برخی از فرآیندهای فناوری که اجرای آنها در شرایط زمینی دشوار یا غیرممکن است. اهداف این مقاله:

مکانیسم وقوع این پدیده را درک کنید. این مکانیسم را به صورت ریاضی و فیزیکی توصیف کنید. حقایق جالبی در مورد بی وزنی بگویید. درک چگونگی تأثیر وضعیت بی وزنی بر سلامت افراد در یک سفینه فضایی، در یک ایستگاه و غیره، یعنی از دیدگاه بیولوژیکی و پزشکی به بی وزنی نگاه کنید. مواد را پردازش کنید، آن را مطابق قوانین پذیرفته شده مرتب کنید.

6) یک ارائه بر اساس مواد پردازش شده ایجاد کنید. منابعی که در فرآیند نوشتن مقاله ام استفاده کردم کتاب های درسی، دایره المعارف ها و اینترنت بود.

فصل 1. وزن بدن و بی وزنی

1.1. وزن بدن

مفهوم وزن بدن به طور گسترده در تکنولوژی و زندگی روزمره استفاده می شود. وزن بدننیروی الاستیک کلی است که در حضور گرانش بر روی همه تکیه گاه ها و تعلیق ها اعمال می شود. وزن جسم P، یعنی نیرویی که جسم بر روی تکیه گاه وارد می کند، و نیروی کشسانی F Y که تکیه گاه بر روی جسم وارد می کند (شکل 1)، مطابق با قانون سوم نیوتن، برابر است. قدر و خلاف جهت: P = - F y اگر جسم روی یک سطح افقی در حال استراحت باشد یا به طور یکنواخت حرکت کند و فقط با نیروی گرانش F T و نیروی کشسان F Y از سمت تکیه گاه بر آن وارد شود، آنگاه از برابری با صفر مجموع بردار این نیروها برابری به شرح زیر است: F T = - F Y. با مقایسه عبارات P = -F y و F T = - F Y، P = F T را به دست می آوریم، یعنی وزن P یک جسم روی یک تکیه گاه افقی ثابت برابر با نیروی گرانش F T است، اما این نیروها به اجسام مختلف اعمال می شود. با حرکت شتاب‌دار جسم و تکیه‌گاه، وزن P با نیروی گرانش F T متفاوت خواهد بود. طبق قانون دوم نیوتن، وقتی جسمی به جرم m تحت تأثیر گرانش F T و نیروی کشسان F y با شتاب a حرکت می‌کند. ، برابری F T + F Y = ma برآورده می شود. از معادلات P = -F у و F Т + F У = ma به دست می آید: P = F Т – ma = mg – ma، یا P = m(g – a). اجازه دهید حالت حرکت آسانسور را در زمانی که شتاب a به صورت عمودی به سمت پایین هدایت می شود در نظر بگیریم. اگر محور مختصات OY (شکل 2) به صورت عمودی به سمت پایین هدایت شود، بردارهای P، g و a موازی با محور OY هستند و پیش بینی آنها مثبت است. سپس معادله P = m(g – a) به شکل P y = m(g У – a У) خواهد بود. از آنجایی که پیش بینی ها مثبت و موازی با محور مختصات هستند، می توان آنها را با ماژول های برداری جایگزین کرد: P = m(g – a). وزن جسمی که جهت شتاب آزاد و سقوط و شتاب آن بر هم منطبق باشد کمتر از وزن جسمی است که در حال سکون است.

1.2. وزن جسمی که با شتاب حرکت می کند

در مورد وزن بدن در آسانسور شتابدار، سه حالت در نظر گرفته می‌شود (به استثنای حالت استراحت یا حرکت یکنواخت): این سه مورد از نظر کیفی همه موقعیت‌ها را خسته نمی‌کنند. منطقی است که مورد 4 را در نظر بگیرید تا تجزیه و تحلیل کامل شود. (در واقع، در مورد دوم دلالت بر این دارد که الف< g. Третий случай есть частный для второго при a = g. Случай a >g بدون بررسی باقی ماند.) برای این کار، می توانید از دانش آموزان سؤالی بپرسید که در ابتدا آنها را شگفت زده می کند : آسانسور چگونه باید حرکت کند تا فرد بتواند روی سقف راه برود؟دانش آموزان به سرعت "حدس می زنند" که آسانسور باید حرکت کند پایینبا شتاب g بزرگ. در واقع: با افزایش شتاب آسانسور در حال حرکت به سمت پایین، مطابق با فرمول P=mg-ma، وزن بدن کاهش می یابد. وقتی شتاب a برابر با g شد وزن صفر می شود. اگر به افزایش شتاب ادامه دهیم، می توانیم وزن بدن را فرض کنیم تغییر جهت خواهد داد.

پس از این می توانید بردار وزن بدن را در شکل نشان دهید:

این مشکل را می توان در فرمول معکوس نیز حل کرد: "وزن جسمی در آسانسوری که با شتاب a > g به سمت پایین حرکت می کند چقدر خواهد بود؟" این کار کمی دشوارتر است زیرا ... دانش آموزان باید بر اینرسی تفکر غلبه کنند و "بالا" و "پایین" را عوض کنند. ممکن است این ایراد وجود داشته باشد که مورد چهارم در کتاب های درسی مطرح نشده است زیرا در عمل اتفاق نمی افتد. اما سقوط آسانسور نیز فقط در مشکلات رخ می دهد، اما، با این وجود، مورد توجه قرار می گیرد، زیرا راحت و مفید است حرکت با شتاب به سمت پایین یا بالا نه تنها در آسانسور یا موشک، بلکه در هنگام حرکت هواپیما در حال انجام ورزش های هوازی و همچنین هنگام حرکت بدن در امتداد یک پل محدب یا مقعر مشاهده می شود. مورد چهارم در نظر گرفته شده مربوط به حرکت در امتداد "حلقه مرده" است. در نقطه بالایی آن، شتاب (مرکزی) به سمت پایین، نیروی واکنش پشتیبانی به سمت پایین و وزن بدن به سمت بالا هدایت می شود. بیایید یک موقعیت را تصور کنیم: یک فضانورد کشتی را به فضا رها کرد و با کمک یک موتور موشک انفرادی، در اطراف منطقه قدم زد. در بازگشت، موتور را کمی روشن گذاشت، با سرعت زیاد به کشتی نزدیک شد و زانوی خود را به آن زد. آیا این به او صدمه می زند؟» پاسخی که ممکن است بشنوید «نمی شود: بالاخره، در گرانش صفر، یک فضانورد از پر سبک تر است». پاسخ نادرست است. وقتی از حصار روی زمین افتادید، در حالت بی وزنی نیز بودید. چون زمانی که به سطح زمین برخورد می کنید، اضافه بار محسوسی احساس می کنید، هر چه محل سقوط شما سخت تر است و سرعت شما در لحظه تماس با زمین بیشتر می شود، بی وزنی و وزن ربطی به ضربه ندارند. آنچه در اینجا مهم است جرم و سرعت است نه وزن. و با این حال، هنگامی که یک فضانورد به یک کشتی برخورد می کند، به اندازه زمانی که شما با زمین برخورد می کنید آسیب نمی بیند (سایر موارد برابر هستند: جرم برابر، سرعت نسبی، و سختی برابر موانع). جرم کشتی بسیار کمتر از جرم زمین است. بنابراین، هنگام برخورد با کشتی، بخش قابل توجهی از انرژی جنبشی فضانورد به انرژی جنبشی کشتی تبدیل می شود و تغییر شکل کمتری باقی می ماند. کشتی سرعت بیشتری به دست می آورد و درد فضانورد آنقدر قوی نخواهد بود.

1.3. بی وزنی

اگر جسمی همراه با تکیه گاه آزادانه بیفتد، آنگاه a = g، سپس از فرمول P = m(g – a) نتیجه می شود که P = 0. ناپدید شدن وزن هنگامی که تکیه گاه با شتاب سقوط آزاد تنها در زیر حرکت می کند. تأثیر گرانش نامیده می شود بی وزنی . دو نوع بی وزنی وجود دارد. کاهش وزنی که در فواصل زیاد از اجرام آسمانی به دلیل تضعیف گرانش رخ می دهد، بی وزنی ساکن نامیده می شود. و حالتی که فرد در طی پرواز مداری در آن قرار دارد بی وزنی پویا است. آنها دقیقاً یکسان ظاهر می شوند. احساسات فرد هم همینطور است. اما دلایل آن متفاوت است. در طول پرواز، فضانوردان فقط با بی وزنی پویا سروکار دارند. تعبیر «بی وزنی پویا» یعنی: «بی وزنی که در حین حرکت اتفاق می افتد». ما کشش زمین را تنها زمانی احساس می کنیم که در برابر آن مقاومت کنیم. فقط زمانی که از زمین خوردن خودداری کنیم. و به محض اینکه "موافق" افتادیم، احساس سنگینی فورا ناپدید می شود. تصور کنید - شما با یک سگ راه می روید، آن را روی یک بند نگه دارید. سگ به جایی شتافت و بند را کشید. تنش بند - "کشش" سگ را فقط تا زمانی که مقاومت کنید احساس می کنید. و اگر دنبال سگ بدوید، بند آویزان می شود و احساس جذابیت از بین می رود. همین اتفاق در مورد گرانش زمین می افتد. هواپیما در حال پرواز است. در کابین خلبان، دو چترباز آماده پرش شدند. زمین آنها را پایین می کشد. و همچنان مقاومت می کنند. پاهایمان را روی زمین هواپیما گذاشتیم. آنها گرانش زمین را احساس می کنند - کف پاهای آنها به شدت به زمین فشرده می شود. وزن خود را احساس می کنند. "بند محکم است." اما آنها موافقت کردند که به دنبال جایی که زمین آنها را کشیده است، بروند. لبه دریچه ایستادیم و پایین پریدیم. "بند آویزان است." احساس گرانش زمین بلافاصله ناپدید شد. بی وزن شدند. می توان ادامه این داستان را تصور کرد. همزمان با چتربازان یک جعبه خالی بزرگ از هواپیما انداخته شد. و حالا دو نفر که چترهایشان را باز نکرده بودند و یک جعبه خالی کنار هم با همان سرعت در حال غلت زدن در هوا هستند. مردی دستش را دراز کرد، جعبه‌ای را که در آن نزدیکی پرواز می‌کرد، گرفت، در آن را باز کرد و خودش را به داخل کشید. حالا از بین دو نفر، یکی خارج از جعبه پرواز می کند و دیگری داخل جعبه پرواز می کند. آنها احساسات کاملاً متفاوتی خواهند داشت. کسی که بیرون پرواز می کند می بیند و احساس می کند که به سرعت در حال پرواز به پایین است. باد در گوشش سوت می زند. نزدیک شدن زمین از دور قابل مشاهده است. و کسی که داخل جعبه پرواز می کرد در را بست و با فشار دادن دیوارها شروع به "شنا کردن" در اطراف جعبه کرد. به نظر می رسد که جعبه با آرامش روی زمین ایستاده است و او با کاهش وزن، مانند ماهی در آکواریوم در هوا شناور می شود. به بیان دقیق، هیچ تفاوتی بین هر دو چترباز وجود ندارد. هر دو مانند یک سنگ با سرعت یکسان به سمت زمین پرواز می کنند. اما یکی می گفت: "من پرواز می کنم" و دیگری: "من در جای خود شناور هستم." مسئله این است که یکی توسط زمین هدایت می شود و دیگری توسط جعبه ای که در آن پرواز می کند. این دقیقاً چگونه حالت بی وزنی پویا در کابین یک فضاپیما ایجاد می شود. در ابتدا، این ممکن است غیرقابل درک به نظر برسد. به نظر می رسد که سفینه فضایی مانند یک هواپیما به موازات زمین پرواز می کند. اما در هواپیمای افقی پرواز بی وزنی وجود ندارد. اما می دانیم که فضاپیمای ماهواره ای به طور مداوم در حال سقوط است. خیلی بیشتر شبیه جعبه ای است که از هواپیما افتاده است تا هواپیما. بی وزنی پویا گاهی روی زمین اتفاق می افتد. به عنوان مثال، شناگران و غواصانی که از یک برج به داخل آب پرواز می کنند بی وزن هستند. اسکی بازان در حین پرش اسکی برای چند ثانیه بی وزن هستند. چتربازانی که مانند سنگ در حال سقوط هستند تا زمانی که چترهای خود را باز نکنند بی وزن هستند. برای آموزش فضانوردان سی تا چهل ثانیه در هواپیما بی وزنی ایجاد می کنند. برای انجام این کار، خلبان یک "اسلاید" می سازد. او به هواپیما شتاب می دهد، به شدت به سمت بالا اوج می گیرد و موتور را خاموش می کند. هواپیما با اینرسی شروع به پرواز می کند، مانند سنگی که با دست پرتاب می شود. ابتدا کمی بالا می رود، سپس یک قوس را توصیف می کند، که به سمت پایین می چرخد. به سمت زمین شیرجه می زند. در تمام این مدت هواپیما در حالت سقوط آزاد است. و در تمام این مدت بی وزنی واقعی در کابین او حاکم است. سپس خلبان دوباره موتور را روشن می کند و با احتیاط هواپیما را از شیرجه خارج می کند و به پرواز افقی عادی می رساند. وقتی موتور را روشن می کنید، بی وزنی بلافاصله از بین می رود. در حالت بی وزنی، گرانش بر روی تمام ذرات یک جسم در حالت بی وزنی اثر می گذارد، اما هیچ نیروی خارجی بر سطح بدن اعمال نمی شود (به عنوان مثال، واکنش های حمایتی) که می تواند باعث فشار متقابل ذرات بر روی یکدیگر شود. . یک پدیده مشابه برای اجسام واقع در یک ماهواره مصنوعی زمین (یا در یک فضاپیما) مشاهده می شود. این اجسام و تمام ذرات آنها با دریافت سرعت اولیه متناظر به همراه ماهواره، تحت تأثیر نیروهای گرانشی در امتداد مدارهای خود با شتاب های مساوی حرکت می کنند، گویی آزاد هستند، بدون اعمال فشار متقابل بر یکدیگر، یعنی در حالت بی وزنی مانند جسمی در آسانسور، تحت تأثیر نیروی گرانش قرار می گیرند، اما هیچ نیروی خارجی به سطوح اجسام وارد نمی شود که بتواند باعث فشار متقابل اجسام یا ذرات آنها بر یکدیگر شود. به طور کلی، جسمی تحت تأثیر نیروهای خارجی در حالت بی وزنی قرار می گیرد که: الف) نیروهای خارجی عمل کننده فقط جرم باشند (نیروهای گرانشی). ب) میدان این نیروهای جرمی به طور موضعی همگن است، یعنی نیروهای میدان به تمام ذرات بدن در هر موقعیتی که از نظر قدر و جهت یکسان هستند شتاب می دهند. ج) سرعت های اولیه همه ذرات بدن از نظر قدر و جهت یکسان است (جسم به صورت انتقالی حرکت می کند). بنابراین، هر جسمی که ابعاد آن در مقایسه با شعاع زمین کوچک باشد و در میدان گرانشی زمین حرکت انتقالی آزاد انجام دهد، در غیاب سایر نیروهای خارجی، در حالت بی وزنی قرار خواهد گرفت. نتیجه حرکت در میدان گرانشی هر اجرام سماوی دیگری مشابه خواهد بود. با توجه به تفاوت معنادار بین شرایط بی وزنی و شرایط زمینی که در آن ابزارها و مجموعه های ماهواره های مصنوعی زمین، فضاپیماها و وسایل پرتاب آنها ایجاد و اشکال زدایی می شوند، مشکل بی وزنی جایگاه مهمی را در میان سایر مشکلات فضانوردی به خود اختصاص داده است. این برای سیستم هایی که دارای ظروف تا حدی پر از مایع هستند بسیار مهم است. اینها شامل سیستم‌های رانش با موتورهای موشک پیشران مایع (موتورهای جت مایع) است که برای فعال‌سازی مکرر در طول شرایط پرواز فضایی طراحی شده‌اند. در شرایط بی وزنی، مایع می تواند موقعیت دلخواه را در ظرف اشغال کند و در نتیجه عملکرد عادی سیستم را مختل کند (به عنوان مثال، تامین قطعات از مخازن سوخت). بنابراین، برای اطمینان از راه اندازی سیستم های رانش مایع در شرایط گرانش صفر، موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد: جداسازی فازهای مایع و گاز در مخازن سوخت با استفاده از جداکننده های الاستیک. تثبیت بخشی از مایع در دستگاه ورودی سیستم های شبکه (مرحله موشک Agena)؛ ایجاد اضافه بارهای کوتاه مدت ("گرانش" مصنوعی) قبل از روشن کردن پیشرانه اصلی با کمک موتورهای موشکی کمکی و غیره. استفاده از تکنیک های ویژه برای جداسازی فازهای مایع و گاز در شرایط بی وزنی در تعدادی از موارد ضروری است. واحدهای سیستم پشتیبانی از زندگی، در سلول های سوختی سیستم منبع تغذیه (به عنوان مثال، جمع آوری میعانات توسط یک سیستم فتیله متخلخل، جداسازی فاز مایع با استفاده از سانتریفیوژ). مکانیسم های فضاپیماها (برای باز کردن پانل های خورشیدی، آنتن ها، برای اتصال و غیره) به گونه ای طراحی شده اند که در شرایط گرانش صفر کار کنند. بی وزنی را می توان برای انجام برخی فرآیندهای تکنولوژیکی که اجرای آنها در شرایط زمینی دشوار یا غیرممکن است مورد استفاده قرار داد (به عنوان مثال، به دست آوردن مواد کامپوزیتی با ساختار یکنواخت در کل حجم، به دست آوردن بدنه هایی با شکل کروی دقیق از مواد مذاب به دلیل نیروهای کشش سطحی). ، و غیره.). برای اولین بار، آزمایشی در مورد جوشکاری مواد مختلف در شرایط بی وزنی خلاء در طی پرواز فضاپیمای شوروی سایوز-6 (1969) انجام شد. تعدادی آزمایش تکنولوژیکی (در مورد جوشکاری، مطالعه جریان و تبلور مواد مذاب و غیره). ) در ایستگاه مداری آمریکا Skylab (1973) انجام شد. دانشمندان آزمایش‌های مختلفی را در فضا انجام می‌دهند، آزمایش‌هایی انجام می‌دهند، اما تصور کمی از نتیجه نهایی این اقدامات دارند. اما اگر هر آزمایشی نتیجه خاصی بدهد، باید برای مدت طولانی بررسی شود تا در نهایت دانش کسب شده را توضیح داده و در عمل به کار ببریم. در زیر توضیحاتی در مورد چند آزمایش و اخبار جالب در مورد بی وزنی ارائه شده است که هنوز روی آنها کار می شود.

1.4. جالب است

1.4.1. شعله در جاذبه صفربر روی زمین، به دلیل گرانش، جریان های همرفتی ایجاد می شود که شکل شعله را تعیین می کند. آنها ذرات دوده داغ را بالا می برند که نور مرئی ساطع می کنند. به لطف این ما شعله را می بینیم. در گرانش صفر جریان همرفت وجود ندارد، ذرات دوده بالا نمی روند و شعله شمع شکل کروی به خود می گیرد. از آنجایی که مواد شمع مخلوطی از هیدروکربن های اشباع است، پس از سوختن هیدروژن آزاد می شود که با شعله آبی می سوزد. دانشمندان در حال تلاش برای درک چگونگی و چرایی گسترش آتش در گرانش صفر هستند. مطالعه شعله در شرایط گرانش صفر برای ارزیابی مقاومت در برابر آتش یک فضاپیما و هنگام توسعه وسایل اطفاء حریق ویژه ضروری است. به این ترتیب می توانید ایمنی فضانوردان و وسایل نقلیه را تضمین کنید.

1.4.2. ارتعاش یک مایع باعث تسریع جوشش در گرانش صفر می شود در گرانش صفر، فرآیند جوشش بسیار کندتر می شود. با این حال، همانطور که فیزیکدانان فرانسوی کشف کردند، ارتعاش مایع می تواند منجر به جوشیدن ناگهانی آن شود. این نتیجه پیامدهایی برای صنعت فضایی دارد. هر یک از ما بیش از یک بار تغییر فاز یک مایع به گاز را تحت تأثیر دمای بالا مشاهده کرده ایم، به عبارت ساده تر، فرآیند جوشیدن. حباب‌های بخار که از منبع گرما جدا می‌شوند به سمت بالا می‌روند و بخش جدیدی از مایع به جای آنها می‌رسد. در نتیجه، جوشیدن با مخلوط کردن فعال مایع همراه است که سرعت تبدیل آن به بخار را بسیار افزایش می دهد. نقش کلیدی در این فرآیند خشونت آمیز توسط نیروی ارشمیدس بر حباب ایفا می کند که به نوبه خود به دلیل نیروی گرانش وجود دارد. در شرایط بی وزنی، وزن وجود ندارد، مفهوم "سنگین تر" و "سبک تر" وجود ندارد و بنابراین حباب های بخار گرم شده در هیچ کجا شناور نمی شوند. لایه ای از بخار در اطراف المنت حرارتی تشکیل می شود که از انتقال گرما به کل حجم مایع جلوگیری می کند. به همین دلیل، جوشیدن مایعات در حالت بی وزنی (اما با فشار یکسان و نه در خلاء!) کاملاً متفاوت از روی زمین انجام می شود. درک دقیق این فرآیند برای عملکرد موفقیت آمیز فضاپیماهایی که چندین تن سوخت مایع را حمل می کنند بسیار مهم است. برای درک این فرآیند، بسیار مهم است که بفهمیم چه پدیده های فیزیکی می توانند جوشش را در گرانش صفر تسریع کنند. یک مقاله اخیر توسط فیزیکدانان فرانسوی، نتایج یک مطالعه تجربی را در مورد چگونگی تأثیر ارتعاشات فرکانس بالا بر نرخ جوش شرح می دهد. محققان هیدروژن مایع، سبک ترین سوخت موشک را به عنوان ماده کار انتخاب کردند. حالت بی وزنی به طور مصنوعی و با کمک یک میدان مغناطیسی ناهمگن قوی ایجاد شد که فقط نیروی گرانش را جبران می کرد (در مورد شناور مغناطیسی در مقاله ما ابررسانایی مغناطیسی: شناور در اکسیژن مایع بخوانید). دما و فشار نمونه به گونه ای انتخاب شد که انتقال فاز تا حد امکان به کندی انجام شود و تمام ویژگی های آن قابل مشاهده باشد. نتیجه اصلی آزمایشات فیزیکدانان فرانسوی این است که در شرایط بی وزنی، ارتعاش تبدیل مایع به بخار را تسریع می کند. تحت تأثیر ارتعاش، "موج های حجمی" در داخل یک مایع کمی فوق گرم ظاهر می شوند: شبکه ای از حباب های بخار کوچک، کسری به اندازه یک میلی متر، در مایع. در ابتدا، این حباب ها به آرامی رشد می کنند، اما پس از 1-2 ثانیه از شروع قرار گرفتن در معرض، کل روند به شدت تسریع می شود: مایع به معنای واقعی کلمه می جوشد. به گفته نویسندگان، دو دلیل برای این رفتار وجود دارد. اولاً، در حالی که حباب های بخار کوچک هستند، به نظر می رسد که ویسکوزیته مایع آنها را در جای خود نگه می دارد و از نزدیک شدن سریع آنها به یکدیگر جلوگیری می کند. برای حباب های بزرگ، ویسکوزیته در پس زمینه محو می شود و همجوشی و رشد بیشتر آنها شدیدتر می شود. دلیل دوم در ماهیت قوانین ریاضی حاکم بر حرکت مایعات نهفته است. این قوانین غیر خطی هستند، به این معنی که ارتعاشات خارجی نه تنها باعث "لرزش کمی" مایع می شوند، بلکه جریان های بزرگ مقیاس را نیز در آن ایجاد می کنند. این جریان‌ها هستند که وقتی شتاب می‌گیرند، به طور موثر حجم کار را مخلوط می‌کنند و منجر به تسریع فرآیند می‌شوند. نویسندگان اثر تأکید می کنند که پدیده ای که آنها کشف کردند نه تنها کاربردی، بلکه کاملاً علمی است. در آزمایش‌های آنها، جریان‌های هیدرودینامیکی پیچیده همراه با تکامل شبکه حباب به موازات خود انتقال فاز اجرا می‌شوند. هر دوی این پدیده ها یکدیگر را پشتیبانی و تقویت می کنند و منجر به بی ثباتی شدید سیال حتی در گرانش صفر می شود.

جوشاندن آب بر روی زمین و در شرایط بی وزنی (تصویر از nasa.gov) پس با درک علل بی وزنی و ویژگی های این پدیده می توان به بحث تاثیر آن بر بدن انسان پرداخت.

فصل 2. انسان و بی وزنی

ما به جاذبه خودمان عادت کرده ایم. ما به این واقعیت عادت کرده ایم که همه اشیاء اطراف ما دارای وزن هستند. ما نمی توانیم چیز دیگری تصور کنیم. نه تنها زندگی ما در شرایط وزنی گذشته است. کل تاریخ حیات روی زمین در همین شرایط اتفاق افتاده است. گرانش زمین برای میلیون ها سال هرگز ناپدید نشده است. بنابراین، همه موجودات زنده در سیاره ما مدتهاست که با تحمل وزن خود سازگار شده اند. قبلاً در زمان های قدیم، استخوان هایی در بدن حیوانات تشکیل می شد که به تکیه گاه بدن آنها تبدیل می شد. بدون استخوان، حیوانات تحت تأثیر گرانش در امتداد زمین "گسترش" می یابند، مانند یک چتر دریایی نرم که از آب خارج شده و به ساحل می رسد. تمام ماهیچه‌های ما طی میلیون‌ها سال برای حرکت دادن بدن ما و غلبه بر گرانش زمین سازگار شده‌اند. و همه چیز درون بدن ما با شرایط وزن سازگار است. قلب ماهیچه های قدرتمندی دارد که برای پمپاژ مداوم چندین کیلوگرم خون طراحی شده اند. و اگر همچنان به سمت پايين، داخل پاها، به راحتي، سپس به سمت بالا، به داخل سر جريان دارد، بايد با قدرت اعمال شود. تمام اندام های داخلی ما توسط رباط های قوی معلق هستند. اگر آن‌ها نبودند، قسمت‌های داخلی «پایین می‌غلتند» و به صورت توده‌ای به هم می‌چسبند. به دلیل وزن ثابت، یک اندام خاص به نام دستگاه دهلیزی ایجاد کرده ایم که در عمق سر، پشت گوش قرار دارد. به ما این امکان را می دهد که احساس کنیم زمین در کدام سمت ما قرار دارد، "بالا" کجا و "پایین" کجاست. دستگاه دهلیزی یک حفره کوچک پر از مایع است. آنها حاوی سنگریزه های ریز هستند. هنگامی که فرد به صورت عمودی می ایستد، سنگریزه ها در پایین حفره قرار می گیرند. اگر فردی دراز بکشد، سنگریزه ها غلت می خورند و روی دیوار کناری فرود می آیند. مغز انسان آن را احساس خواهد کرد. و شخص حتی با چشمان بسته بلافاصله می گوید ته کجاست. بنابراین، همه چیز در یک فرد با شرایطی که در آن روی سطح سیاره زمین زندگی می کند، سازگار است. شرایط زندگی برای یک فرد در وضعیت عجیبی مانند بی وزنی چگونه است؟ توجه به منحصر به فرد بودن بی وزنی در طول پرواز فضاپیمای سرنشین دار بسیار مهم است: شرایط زندگی یک فرد در حالت بی وزنی به شدت با شرایط معمول روی زمین متفاوت است که باعث تغییر در تعدادی از عملکردهای حیاتی او می شود. . بنابراین، بی وزنی سیستم عصبی مرکزی و گیرنده های بسیاری از سیستم های آنالیزور (دستگاه دهلیزی، دستگاه عضلانی- مفصلی، رگ های خونی) را در شرایط عملیاتی غیرعادی قرار می دهد. بنابراین، بی وزنی به عنوان یک محرک جدایی ناپذیر در نظر گرفته می شود که در تمام طول پرواز مداری بر بدن انسان و حیوان تأثیر می گذارد. پاسخ به این محرک فرآیندهای تطبیقی ​​در سیستم های فیزیولوژیکی است. درجه تجلی آنها به مدت زمان بی وزنی و تا حد بسیار کمتری به ویژگی های فردی ارگانیسم بستگی دارد. با استفاده از روش ها و روش های مختلف (تمرینات عضلانی، تحریک الکتریکی عضلات، فشار منفی وارده به نیمه پایینی بدن، دارویی و غیره) می توان از اثرات نامطلوب بی وزنی بر بدن انسان در حین پرواز جلوگیری یا محدود کرد. در پروازی که حدود 2 ماه به طول انجامید (دومین خدمه در ایستگاه Skylab آمریکا، 1973)، اثر پیشگیرانه بالایی عمدتاً به دلیل تمرین بدنی فضانوردان حاصل شد. کار با شدت بالا که باعث افزایش ضربان قلب به 150-170 ضربه در دقیقه می‌شد، به مدت 1 ساعت در روز بر روی یک ارگومتر دوچرخه انجام شد. بازیابی عملکرد گردش خون و تنفس 5 روز پس از فرود رخ داد. تغییرات در متابولیسم، اختلالات استاتوکینتیک و دهلیزی خفیف بود. یک وسیله مؤثر احتمالاً ایجاد "سنگینی" مصنوعی در فضاپیما است که می توان آن را به عنوان مثال با ساختن ایستگاه به شکل یک چرخ بزرگ چرخان (یعنی غیر متحرک) و قرار دادن آن به دست آورد. مناطق کار روی "رینگ" آن. به دلیل چرخش لبه، اجسام موجود در آن بر روی سطح آن فشرده می شوند که نقش یک کف را ایفا می کنند و واکنش «کف» اعمال شده به سطوح بدنه باعث ایجاد مصنوعی می شود. "جاذبه زمین". ایجاد "گرانش" مصنوعی در سفینه های فضایی می تواند از اثرات نامطلوب بی وزنی بر بدن حیوانات و انسان ها جلوگیری کند. برای حل تعدادی از مسائل نظری و عملی در پزشکی فضایی، از روش های آزمایشگاهی برای شبیه سازی بی وزنی به طور گسترده استفاده می شود، از جمله محدود کردن فعالیت عضلانی، محروم کردن فرد از حمایت معمول در امتداد محور عمودی بدن، کاهش فشار خون هیدرواستاتیک که به دست می آید. با نگه داشتن فرد در حالت افقی یا در زاویه (سر پایین) پاها، استراحت طولانی مدت مداوم در بستر یا غوطه وری فرد برای چندین ساعت یا روز در یک محیط مایع (به اصطلاح غوطه وری). بر اساس مقاله ای که توسط دانشمندان فرانسوی منتشر شده است، شرایط گرانش صفر توانایی تخمین صحیح اندازه اشیاء و فاصله با آنها را مختل می کند، که از جهت گیری فضانوردان در فضای اطراف جلوگیری می کند و می تواند منجر به حوادثی در طول پروازهای فضایی شود. Acta Astronautica. تا به امروز، شواهد زیادی جمع آوری شده است که اشتباهات فضانوردان در تعیین فاصله ها تصادفی رخ نمی دهد. اغلب اجسام دور از آنچه هستند به آنها نزدیکتر به نظر می رسند. دانشمندان مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه آزمایشی آزمایشی از توانایی تخمین فواصل در شرایط بی وزنی مصنوعی ایجاد شده هنگام پرواز یک هواپیما در سهمی انجام دادند. در این مورد، بی وزنی یک دوره بسیار کوتاه - حدود 20 ثانیه طول می کشد. با استفاده از عینک های مخصوص، به داوطلبان تصویری ناتمام از یک مکعب نشان داده شد و از آنها خواسته شد تا ترسیم شکل هندسی صحیح را تکمیل کنند. در شرایط گرانش طبیعی، آزمودنی‌ها همه طرف‌ها را مساوی می‌کشیدند، اما در زمان بی‌وزنی نمی‌توانستند آزمایش را به درستی انجام دهند. به گفته دانشمندان، این آزمایش نشان می دهد که بی وزنی است و نه سازگاری طولانی مدت با آن، که باید به عنوان یک عامل مهم تحریف کننده ادراک در نظر گرفته شود. 2.1. بررسی مشکلات زندگی در فضاکتاب "ایستگاه مداری Skylab" که در سال 1977 توسط متخصصان برجسته فضایی آمریکایی پروفسور E. Stuhlinger و دکتر L. Belew، مدیران علمی برنامه Skylab اجرا شده توسط ناسا نوشته شده است، در مورد تحقیقات انجام شده در ایستگاه مداری در مورد تأثیر صحبت می کند. از فضای فضای اطراف، بر روی توانایی های خدمه. برنامه تحقیقات زیست پزشکی چهار حوزه زیر را پوشش می‌دهد: آزمایش‌های پزشکی شامل مطالعات عمیق آن اثرات فیزیولوژیکی و دوره عمل آنهاست که در پروازهای قبلی مشاهده شده است. آزمایشات بیولوژیکی شامل مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی اساسی بود که می تواند تحت تأثیر شرایط بی وزنی قرار گیرد. آزمایش‌های بیوتکنیکی با هدف توسعه کارایی سیستم‌های انسان-ماشین هنگام کار در فضا و بهبود فناوری استفاده از تجهیزات زیستی انجام شد. در اینجا برخی از موضوعات تحقیق آورده شده است:

مطالعه تعادل نمک؛ مطالعات بیولوژیکی مایعات بدن؛ مطالعه تغییرات در بافت استخوانی؛ ایجاد فشار منفی بر روی پایین بدن در هنگام پرواز؛ به دست آوردن کاردیوگرام های برداری؛ آزمایش خون سیتوژنتیک؛ مطالعات ایمنی؛ مطالعات تغییرات در حجم خون و طول عمر گلبول های قرمز. مطالعات متابولیسم گلبول قرمز؛ مطالعه اثرات خاص هماتولوژیک؛ مطالعه چرخه خواب و بیداری در شرایط پرواز فضایی. فیلمبرداری از فضانوردان در طول عملیات کاری خاص؛ اندازه گیری میزان متابولیسم؛ اندازه گیری وزن بدن یک فضانورد در طول پرواز فضایی؛ تحقیق در مورد تأثیر بی وزنی بر سلول ها و بافت های زنده انسان. (پیوست 1)

تعداد زیادی از مواد علمی و عملی توسط دانشمندان و فضانوردان روسی انباشته شده است. آیا می توان افراد را در جاذبه صفر عمل کرد؟ در نگاه اول، این سوال باورنکردنی به نظر می رسد، اما، در واقع، در دنیای ما چیزهای زیادی ممکن است! این نشان داد که دانشمندان توانستند از آزمایش‌هایی که اغلب دارای کاستی‌هایی بودند و نیاز به بهبود داشتند، به اکتشافات واقعی برسند و در عمل ثابت کنند که می‌توان در گرانش صفر عمل کرد! 2.2. عملیات در فضاپزشکان فرانسوی به سرپرستی پروفسور دومینیک مارتین از بوردو اولین عمل جراحی جهان را در گرانش صفر انجام دادند. این آزمایش بر روی هواپیمای A-300 در یک ماژول مجهز به ویژه انجام شد. در این جلسه سه جراح و دو متخصص بیهوشی شرکت کردند و مجبور شدند تومور چربی روی بازوی یک بیمار داوطلب، فیلیپ سانچو 46 ساله را خارج کنند. همانطور که پروفسور مارتن گفت، وظیفه پزشکان نشان دادن دستاوردهای فنی نبود، بلکه آزمایش امکان سنجی عمل در گرانش صفر بود. این جراح افزود: ما وضعیتی را شبیه‌سازی کرده‌ایم که مطابق با شرایط فضایی است و اکنون می‌دانیم که می‌توان فرد را در فضای بیرونی بدون عوارض جدی عمل کرد. به گفته وی، عمل برداشتن تومور در مجموع کمتر از 10 دقیقه طول کشید. رژیم پرواز سه ساعته روی هواپیمای A-300 به گونه ای طراحی شده بود که در این مدت 32 بار حالت بی وزنی ایجاد شد که هر مرحله حدود 20 ثانیه به طول انجامید. پروفسور مارتن گفت: "اگر به مدت دو ساعت به طور مداوم در حالت بی وزنی بودیم، می توانستیم آپاندیسیت را عمل کنیم." مرحله بعدی این آزمایش که قرار است حدود یک سال دیگر انجام شود، یک عمل جراحی خواهد بود که باید توسط یک ربات پزشکی که با دستورات یک پایگاه زمینی کنترل می شود، انجام شود. 2.3. کاربرد تحولات فضایی روی زمین ما کمتر و کمتر حرکت می کنیم و بیشتر و بیشتر شبیه فضانوردانی هستیم که در گرانش صفر شناور هستند. در هر صورت، ما تمام مضرات کاهش فعالیت بدنی را که فضانوردان از آن رنج می برند، به طور کامل تجربه می کنیم. برای کسانی که در مدار کار می کنند، دانشمندان راه های زیادی برای مقابله با آنها ارائه کرده اند. همانطور که اخیراً مشخص شد، برخی از این اختراعات روی زمین، حتی کسانی را که هرگز اصلاً راه نرفته‌اند، روی پاهای خود قرار داده است. اینسا بندیکتوونا KOZLOVSKAYA، رئیس بخش فیزیولوژی حسی حرکتی و پیشگیری در موسسه می گوید: "در فضا و روی زمین، عوامل تاثیرگذار مشابه هستند، بنابراین روش های مقابله با اثراتی که در بی وزنی ایجاد می شود در زندگی روزمره قابل استفاده است." مشکلات پزشکی و بیولوژیکی - کاهش فعالیت بدنی (هیپوکینزی) در حال تبدیل شدن به یک عامل اصلی در زندگی جامعه ما است: ما از حرکت باز می ایستیم. یک محقق آمریکایی فعالیت روزانه ماهیچه ها را در افراد حرفه های مختلف و در حیوانات تحت نظر داشت. معلوم شد که فعالیت ما در مقایسه با فعالیت هر موجود زنده (موش، گربه، سگ، میمون) دو مرتبه کمتر است. ما در آستانه یک بیماری هیپوکینتیک هستیم، بیماری بی‌تمرینی عمیق، که بارزترین بیان آن را در سال 1970 در میان فضانوردان دیدیم. پس از بازگشت از یک پرواز 17 روزه، آنها واقعاً نمی توانستند بایستند یا حرکت کنند، حتی نفس کشیدن برای آنها دشوار بود، زیرا عضلات تنفسی نیز از کار افتاده بودند. Irina Valerievna SAENKO، محقق ارشد، رئیس بخش فیزیولوژی بالینی در مرکز تحقیقات دولتی فدراسیون روسیه، موسسه مشکلات زیست پزشکی، آکادمی علوم روسیه، می‌گوید: «ما تأثیر بی‌وزنی را روی زمین با استفاده از غوطه‌وری خشک شبیه‌سازی کردیم. - برای این کار یک فیلم ضد آب نازک به اندازه قابل توجهی بزرگتر از سطح آب در حوضچه ای از آب قرار می گیرد و فرد در آب غوطه ور می شود و از آن جدا می شود. در عین حال، او از حمایت محروم می شود و می بینیم که چگونه اختلالات حرکتی بلافاصله شروع به رشد می کنند: وضعیت و هماهنگی اعمال حرکتی آسیب می بیند. او بی ثبات می ایستد، بد و نامناسب راه می رود و در انجام عملیات دقیق مشکل دارد. برای جلوگیری از این اختلالات، پیشنهاد شد که با اعمال باری تقریباً برابر با باری که در هنگام ایستادن و راه رفتن روی زمین ایجاد می‌شود، نواحی حمایتی پا را تحریک کرد. علاوه بر این، روش‌های مؤثر دیگری برای درمان افراد در شرایط زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به عنوان مثال، لباس پنگوئن در سال 1992 وارد پزشکی زمینی شد (بیش از 20 سال است که در فضا مورد استفاده قرار می‌گیرد)، با فرکانس بالا و بالا. تحریک الکتریکی شدید برای درمان کودکان، بیماران فلج مغزی و افرادی که به دلیل بیماری برای مدت طولانی در رختخواب دراز کشیده اند. بنابراین فصل دوم و آخر انشا به پایان رسید. پس از ارائه تمام مطالب، می خواهم به نتیجه گیری بپردازم. نتیجهبنابراین، در پایان کار خود، می خواهم یک بار دیگر مفاد اصلی چکیده را یادآوری کنم که ماهیت موضوع را آشکار می کند:

بی وزنی زمانی رخ می دهد که بدن آزادانه همراه با یک تکیه گاه بیفتد، یعنی. شتاب بدن و تکیه گاه برابر با شتاب گرانش است.

2) دو نوع بی وزنی وجود دارد: ایستا و پویا. 3) از بی وزنی می توان برای اجرای برخی از فرآیندهای تکنولوژیکی استفاده کرد که اجرای آنها در شرایط زمینی دشوار یا غیرممکن است. 4) مطالعه شعله در شرایط گرانش صفر برای ارزیابی مقاومت در برابر آتش یک فضاپیما و هنگام توسعه وسایل اطفاء حریق ویژه ضروری است. 5) درک دقیق فرآیند جوشاندن مایع در فضا برای عملکرد موفقیت آمیز فضاپیماهای حامل تن سوخت مایع در فضا بسیار مهم است. 6) تأثیر بی وزنی بر بدن منفی است، زیرا باعث تغییر در تعدادی از اعمال حیاتی آن می شود. این را می توان با ایجاد گرانش مصنوعی در فضاپیما، محدود کردن فعالیت عضلانی فضانوردان و غیره اصلاح کرد. 7) فرد را می توان در فضای بیرونی، در شرایط بی وزنی عمل کرد. این را پزشکان فرانسوی به رهبری پروفسور دومینیک مارتین از بوردو ثابت کردند. بنابراین، شما می توانید اطلاعات مختلفی در مورد بی وزنی پیدا کنید، اما من فکر می کنم که در کار من این مطالب با جزئیات کامل ارائه شده است، زیرا از دو دیدگاه مختلف مورد بررسی قرار می گیرد: فیزیکی و پزشکی. چکیده همچنین حاوی توصیفاتی از برخی آزمایش‌هایی است که دانشمندان در شرایط بدون وزن انجام داده‌اند. این، به نظر من، ایده روشنی از بی وزنی، مکانیسم وقوع آن، ویژگی های این پدیده و تأثیر آن بر بدن می دهد. دو دیدگاه در مورد پدیده بی وزنی - فیزیکی و پزشکی - مکمل یکدیگرند، زیرا پزشکی بدون فیزیک غیر ممکن است!

ادبیات

دایره المعارف بزرگ شوروی (در 30 جلد). چ. ویرایش A.M. Prokhorov. نسخه 3. M., “Soviet Encyclopedia”, 1974. Kabardin O.F. فیزیک: مواد مرجع: کتاب درسی برای دانش آموزان - ویرایش سوم - م.: آموزش و پرورش، 1991. - 367 ص. Kolesnikov Yu.V.، Glazkov Yu.N. یک سفینه فضایی در مدار وجود دارد - M.: Pedagogy, 1980 Makovetsky P.V. به ریشه نگاه کن! مجموعه ای از مسائل و سوالات جالب. - M.: Nauka، 1979 Chandaeva S.A. فیزیک و انسان -M.: JSC "Aspect Press"، 1994 Belyu L.، Stulinger E. Skylab ایستگاه مداری. USA, 1973. (ترجمه اختصاری از انگلیسی). اد. دکترای فیزیک و ریاضی علوم G. L. Grodzovsky. M.، "مهندسی مکانیک"، 1977 - حالت دسترسی: /bibl/skylab/obl.html Dyubankova O. پزشکی فضایی به وب سایت زمین انتشارات "برهان ها و حقایق" نمی رسد - حالت دسترسی: /online/health/511/03_01 Ivanov I. ارتعاش مایع باعث تسریع جوشش در گرانش صفر می شود. وب سایت: عناصر. اخبار علم. حالت دسترسی - http:// ابتدایی. ru/ اخبار/164820? صفحه Klushantsev P. House in orbit: Stories about stations orbital. - L.: دت. روشن، 1975. - ص 25-28. مطابق. در ایمیل چشم انداز. یو زوبکین، 2007- حالت دسترسی: ( http:// www. گوگل. ru, http:// epizodsspace. خلبان آزمایشی. ru/ کتاب مقدس/ کلوسانتسف/ dom- na- گوی75/ کلوشانتسف_04 . htm) افراد را می توان در فضا عمل کرد. پزشکان فرانسوی اولین عمل جراحی را در گرانش صفر انجام دادند. وب سایت روزنامه روسی خبرگزاری ریا. - حالت دسترسی: http:// www. rg. ru/2006/09/28/ nevesomost- آنونس. htmlشعله در جاذبه صفر. کتابخانه موشکوف - حالت دسترسی: /tp/nr/pn.htmدانشمندان خطرات بی وزنی را مشخص کرده اند. روزنامه-24. - حالت دسترسی: خبرگزاری ریا http://24.ua/news/show/id/66415.htm

کاربرد

پیوست 1

برنج. 1. آزمایش‌هایی برای نظارت بر تغییرات جرم فضانوردان:
الف - اندازه گیری جرم مواد زائد؛ ب - اندازه گیری وزن بدن فضانوردان. ج - اندازه گیری میزان مصرف غذا

برنج. 2. دستگاه برای تعیین جرم نمونه ها در شرایط گرانش صفر:
1 - پوشش کشسان

برنج. 3. آموزش زمینی در دستگاهی برای ایجاد فشار منفی در قسمت پایین بدن فضانوردان:
1- دستگاه ایجاد فشار منفی در قسمت پایین بدن فضانوردان. 2 - دستگاه تعیین فشار خون; 3 - دستگاه به دست آوردن کاردیوگرام برداری

برنج. 4. کار با دستگاه LBNP در ایستگاه Skylab (تصویر)

برنج. 5. مطالعه عملکرد دستگاه دهلیزی بر روی صندلی چرخان

برنج. 6. اندازه گیری وزن بدن

برنج. 7. بررسی تأثیر بی وزنی بر سلول ها و بافت های زنده انسان

برنج. 8. مطالعه خواب و واکنش های خواب فضانوردان

برنج. 9. مطالعه ویژگی های متابولیک یک فضانورد در طی آزمایشات بر روی یک ارگومتر دوچرخه:
1 - ارگومتر دوچرخه؛ 2 - آنالایزر متابولیک: 3 - دهنی; 4 - شلنگ؛ 5 - کاوشگر برای اندازه گیری دما; 6- الکترودها

1. مکانیسم های تنظیم وضعیت اکسیژن در انسان در شرایط شبیه سازی اثرات بی وزنی و هنگام استفاده از روش های مراقبت های ویژه 14.00 32 هوانوردی، فضا و پزشکی دریایی 14.00 37 بیهوشی و احیا

   چکیده پایان نامه

   این کار در مرکز علمی دولتی فدراسیون روسیه - موسسه مشکلات پزشکی و بیولوژیکی آکادمی علوم روسیه (SSC RF - IMBP RAS) انجام شد.

2. شرایط ایجاد بی وزنی شبیه سازی شده و مطالعه جهت گیری فضایی، رشد و توسعه گندم در طول آزمایش زمینی نمونه اولیه گلخانه فضایی با سطح فرود محدب

   مطالعه

   شرایط ایجاد بی وزنی شبیه سازی شده و مطالعه جهت گیری فضایی، رشد و توسعه گندم در طول آزمایش های زمینی نمونه اولیه یک گلخانه فضایی با زمین محدب

3. خلاصه درس فیزیک: "وزن بدن. بی وزنی. اضافه بار"

   خلاصه

   اهداف درس: تکرار مفهوم وزن بدن، تعیین چگونگی تغییر وزن بدن هنگام حرکت با شتاب، بررسی علت بی وزنی و اضافه بار.

4. موضوع جلسه تمرینی: «گرانش و وزن بدن. بی وزنی"

   راه حل

   اهداف و اهداف جلسه آموزشی: بهبود دانش در مورد تعامل گرانشی، معرفی کمیت های فیزیکی "گرانش"، "وزن بدن"، ایجاد ایده در مورد پدیده بی وزنی، توسعه توانایی جداسازی عمل

5. نیکولای نوسف. روی ماه نمی دانم

   سند

   با توجه به طراحی معمار Vertibutylkin، حتی دو ساختمان گردان در خیابان Kolokolchikov ساخته شد.

ما به این واقعیت عادت کرده ایم که همه اشیاء اطراف ما دارای وزن هستند. این اتفاق می افتد زیرا نیروی گرانش آنها را به زمین جذب می کند. حتی اگر با هواپیما پرواز کنیم یا با چتر نجات بپریم، وزن از ما محو نمی شود. اما اگر وزن ناپدید شود چه اتفاقی می افتد، چه زمانی این اتفاق می افتد و چه پدیده های جالبی در شرایط بی وزنی مشاهده می شود؟ درباره همه اینها - در این پست.

قانون گرانش جهانی که توسط نیوتن کشف شد، بیان می کند که تمام اجسام دارای جرم به یکدیگر جذب می شوند. برای اجسامی با جرم کوچک، چنین جاذبه عملاً قابل توجه نیست، اما اگر جسمی جرم بزرگی داشته باشد، مانند سیاره ما زمین (و جرم آن بر حسب کیلوگرم در یک عدد 25 رقمی بیان می شود)، آنگاه جاذبه قابل توجه می شود. بنابراین، تمام اجسام به سمت زمین جذب می شوند - اگر آنها را بلند کنید، به پایین سقوط می کنند و زمانی که سقوط می کنند، گرانش آنها را به سطح فشار می دهد. این منجر به این واقعیت می شود که همه چیز روی زمین وزن دارد، حتی هوا با نیروی گرانش به زمین فشار می آورد و با وزن خود به هر چیزی که روی سطح آن است فشار می آورد.

چه زمانی وزن می تواند ناپدید شود؟ چه زمانی که نیروی گرانش به هیچ وجه روی بدن اثر نمی گذارد، یا زمانی که عمل می کند، اما هیچ چیز مانع از سقوط آزاد بدن نمی شود. اگرچه نیروی گرانش با فاصله از زمین کاهش می یابد، حتی در ارتفاع صدها و هزاران کیلومتری نیز قوی باقی می ماند، بنابراین رهایی از نیروی گرانش کار آسانی نیست. اما کاملاً ممکن است که خود را در حالت سقوط آزاد قرار دهید.

به عنوان مثال، اگر خود را در هواپیمایی بیابید که در امتداد یک مسیر خاص حرکت می کند، می توانید خود را در حالت بی وزنی بیابید - درست مانند بدنی که مقاومت هوا مانع از آن نمی شود.

همه چیز به این شکل است:

البته هواپیما نمی تواند برای مدت طولانی در چنین مسیری حرکت کند، زیرا به زمین سقوط می کند. بنابراین، تنها فضانوردانی که در یک ایستگاه مداری زندگی می کنند با اقامت طولانی مدت در شرایط بی وزنی مواجه می شوند. و آنها باید به این واقعیت عادت کنند که بسیاری از پدیده هایی که در شرایط بی وزنی برای ما آشنا هستند کاملاً متفاوت از روی زمین رخ می دهند.

1) در گرانش صفر به راحتی می توانید اجسام سنگین را جابجا کنید و تنها با کمی تلاش خود را حرکت دهید. درست است، به همین دلیل، هر جسمی باید به طور ویژه ایمن شود تا در اطراف ایستگاه مداری پرواز نکند، و هنگام خواب، فضانوردان به کیسه های مخصوصی که به دیوار وصل شده است، صعود می کنند.

یادگیری حرکت در گرانش صفر زمان می برد و مبتدیان فوراً موفق نمی شوند. یکی از فضانوردان آمریکایی در مورد این موضوع گفت: "آنها با تمام قدرت فشار می آورند و به سرشان می زنند، در سیم ها گیر می کنند و غیره، بنابراین این یک منبع سرگرمی بی پایان است."

2) مایعات در بی وزنی شکل کروی به خود می گیرند. نمی‌توان آن‌طور که روی زمین عادت کرده‌ایم، آب را در ظرفی دربسته ذخیره کرد، آن را از کتری بیرون ریخت و در فنجان ریخت و حتی دست‌هایمان را به روش معمول شست.

3) شعله در شرایط جاذبه صفر بسیار ضعیف است و به مرور زمان از بین می رود. اگر شمعی را در شرایط عادی روشن کنید، تا زمانی که بسوزد، به خوبی می سوزد. اما این اتفاق می افتد زیرا هوای گرم شده سبک تر می شود و بالا می رود و فضایی را برای هوای تازه اشباع شده با اکسیژن ایجاد می کند. در گرانش صفر همرفت هوا مشاهده نمی شود و به مرور زمان اکسیژن اطراف شعله می سوزد و احتراق متوقف می شود.

سوزاندن شمع در شرایط عادی و در گرانش صفر (راست)

اما جریان ثابت اکسیژن نه تنها برای احتراق، بلکه برای تنفس نیز مورد نیاز است. بنابراین، اگر فضانورد بی حرکت باشد (مثلاً در خواب)، باید یک فن در محفظه کار کند تا هوا را مخلوط کند.

4) در گرانش صفر می توان مواد منحصر به فردی را به دست آورد که در شرایط زمینی به سختی و یا حتی غیرممکن به دست آمد. به عنوان مثال، مواد فوق خالص، مواد کامپوزیتی جدید، بلورهای منظم بزرگ و حتی داروها. اگر امکان کاهش هزینه های ارسال محموله به مدار و برگشت وجود داشت، این امر بسیاری از مشکلات فناوری را حل می کرد.

5) در گرانش صفر بر روی ایستگاه مداری، برخی از اثرات ناشناخته قبلی برای اولین بار کشف شد. به عنوان مثال، تشکیل ساختارهایی شبیه ساختارهای کریستالی در پلاسما، یا "اثر Dzhanibekov" - زمانی که یک جسم در حال چرخش به طور ناگهانی محور چرخش خود را 180 درجه در فواصل زمانی مشخص تغییر می دهد.

اثر Dzhanibekov:

6) بی وزنی تأثیر بسزایی بر انسان و موجودات زنده دارد. اگرچه می‌توان در گرانش صفر با زندگی سازگار شد، اما چندان آسان نیست. وقتی برای اولین بار در حالت بی وزنی قرار می گیرید، فرد جهت گیری خود را در فضا از دست می دهد، سرگیجه رخ می دهد، زیرا دستگاه دهلیزی به طور طبیعی کار نمی کند. از دیگر تغییرات بدن می توان به توزیع مجدد مایعات در بدن اشاره کرد که باعث تورم صورت و گرفتگی بینی، افزایش قد به دلیل از دست دادن بار روی ستون فقرات و با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض بی وزنی، آتروفی عضلات و استخوان ها می شود. از دست دادن قدرت برای کاهش تغییرات منفی، فضانوردان باید به طور منظم تمرینات خاصی را انجام دهند.

پس از بازگشت به زمین، فضانوردان باید نه تنها از نظر فیزیکی، بلکه از نظر روانی نیز با شرایط قبلی سازگار شوند. مثلاً ممکن است از روی عادت لیوانی را در هوا بگذارند و فراموش کنند که می افتد.

"فیزیک بی وزنی". فضانوردان در ایستگاه فضایی بین المللی به ما می گویند که قوانین فیزیک در شرایط بی وزنی چگونه کار می کنند: