Παρασκευή, 14 Οκτωβρίου 2016

Γιατί οι αστροναύτες αιωρούνται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό;

Είναι δυνατόν να δημιουργήσουμε έναν θάλαμο χωρίς βαρύτητα μέσα στο χώρο επίδρασης ενός βαρυτικού πεδίου; Όπως γνωρίζουμε, οι αστροναύτες που βρίσκονται σε δορυφόρους που εκτελούν τροχιά γύρω από τη Γη μπορούν και αιωρούνται μέσα στο δορυφόρο. Το γεγονός αυτό δημιουργεί το εξής ερώτημα: Αφού ο δορυφόρος δέχεται την επίδραση του πεδίου βαρύτητας της Γης, γιατί οι αστροναύτες δεν το αντιλαμβάνονται; Η απάντηση είναι ότι έχουν δημιουργηθεί συνθήκες φαινομενικής έλλειψης βαρύτητας.
Η βαρύτητα δεν μπορεί να αφαιρεθεί πάνω ή κοντά στην επιφάνεια της Γης (ομοίως και για οποιοδήποτε ουράνιο σώμα) καθώς αποτελεί την ελκτική δύναμη που ασκείται από τη Γη στα διάφορα σώματα. Η βαρυτική δύναμη πρακτικά μηδενίζεται μόνο σε σημεία στο διάστημα που απέχουν πολύ από ουράνια σώματα (π.χ. σε απομακρυσμένα σημεία εκτός ηλιακού συστήματος). Αυτό συμβαίνει γιατί στις περιπτώσεις αυτές το σώμα που βρίσκεται έξω από το ηλιακό σύστημα, βρίσκεται πολύ μακριά από τους πλανήτες και τον Ήλιο με αποτέλεσμα η βαρυτική δύναμη που του ασκείται να είναι πρακτικά μηδενική.
Αυτό που μπορεί να γίνει είναι να δημιουργηθούν συνθήκες φαινομενικής έλλειψης βαρύτητας. Δηλαδή μπορούμε να δημιουργήσουμε συνθήκες στις οποίες ενώ μας ασκείται βαρυτική δύναμη εμείς να μην την καταλαβαίνουμε.
Για παράδειγμα έστω ότι ένας άνθρωπος βρίσκεται στο σπίτι του και ζυγίζεται σε μια ζυγαριά. Η ζυγαριά μετράει την κάθετη δύναμη στήριξης F (μέσω της συμπίεσης ενός εσωτερικού ελατηρίου) η οποία στην περίπτωση αυτή έχει μέτρο ίσο με το βάρος B του ανθρώπου στο σημείο που βρίσκεται. (Σημείωση: Το βάρος δεν έχει σταθερή τιμή εξαρτάται από τον τόπο που βρίσκεται ο άνθρωπος καθώς και από την απόσταση του από τη Γη).

Άρα στην περίπτωση αυτή ισχύει: B=F.




Έστω τώρα ότι ο ίδιος άνθρωπος βρίσκεται σε ένα δορυφόρο που εκτελεί τροχιά γύρω από τη Γη. Υποθέτουμε ότι ο άνθρωπος βρίσκεται και πάλι πάνω σε μία ζυγαριά (μέσα στο δορυφόρο όμως αυτή τη φορά). Προφανώς και πάλι θα του ασκείται βάρος γιατί δεν βρίσκεται πολύ μακριά από την επιφάνεια της Γης. Αφού ο άνθρωπος στο δορυφόρο εκτελεί πλέον τροχιά, η συνισταμένη δύναμη που του ασκείται ΣF=B-F (όπου F η δύναμη στήριξης από τη ζυγαριά και Β το βάρος στο σημείο που βρίσκεται) λειτουργεί ως κεντρομόλος. Δηλαδή:

ΣF=mα

B-F=mα

,όπου α η κεντρομόλος επιτάχυνση που δέχεται.

Η ζυγαριά μετράει πάλι την κάθετη αντίδραση F.

Ας δούμε τι μετράει στην περίπτωση αυτή:

B-F=mα

F=B-mα

F=mg-mα

Όπου g η επιτάχυνση της βαρύτητας στο σημείο που βρίσκεται ο άνθρωπος και α η κεντρομόλος επιτάχυνση του δορυφόρου.
Αν η κεντρομόλος επιτάχυνση του δορυφόρου α γίνει ίση με την επιτάχυνση της βαρύτητας, δηλαδή α=g τότε:

F=mg-mg=0

Δηλαδή η κάθετη δύναμη από τη ζυγαριά μηδενίζεται, όποτε δεν ‘πατάει’ πια σε αυτήν με αποτέλεσμα να αιωρείται!

Έτσι λοιπόν ο άνθρωπος θεωρεί ότι δεν υπάρχει βάρος!



Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...