Ik wil alles weten

Gewichtloosheid

Pin
Send
Share
Send


Gewichtloosheid is de ervaring (door mensen en objecten) tijdens een vrije val, van het hebben van geen duidelijk gewicht. Deze voorwaarde is ook bekend als microzwaartekracht. Gewichtloosheid in gewone ruimtevaartuigen is niet te wijten aan een grotere afstand tot de aarde; de versnelling door zwaartekracht op een hoogte van 100 km is slechts drie procent minder dan aan het aardoppervlak. Gewichtloosheid betekent een nul-g-kracht of nul schijnbaar gewicht; versnelling is alleen te wijten aan de zwaartekracht, in tegenstelling tot de gevallen waarin andere krachten werken, waaronder:

  • op de grond staan, zittend in een stoel op de grond, enz. (zwaartekracht wordt tegengegaan door de reactiekracht van de grond)
  • vliegen in een vliegtuig (zwaartekracht wordt tegengegaan door de lift die de vleugels bieden) - zie hieronder voor speciale trajecten die een uitzondering vormen
  • atmosferische terugkeer, landing op een parachute: atmosferische weerstand vertraagt ​​het voertuig
  • tijdens een orbitale manoeuvre in een ruimtevaartuig: de raket zorgt voor stuwkracht

Het verschil is dat zwaartekracht rechtstreeks op een persoon en andere massa's inwerkt, net als op het voertuig, terwijl krachten zoals atmosferische weerstand en stuwkracht eerst op het voertuig en via het voertuig op de persoon inwerken. In het eerste geval worden de persoon en de voertuigvloer niet naar elkaar toe geduwd, in de andere gevallen wel.

Overzicht

Wat mensen als gewicht ervaren, is niet de kracht als gevolg van zwaartekracht, hoewel dat de technische definitie van gewicht is. Wat we als gewicht voelen, is eigenlijk de normale reactiekracht van de grond (of het oppervlak waarmee we in contact komen) die naar boven tegen ons duwt om de kracht als gevolg van de zwaartekracht tegen te gaan, dat is het schijnbare gewicht.

Een houtblok in een container in vrije val ervaart bijvoorbeeld gewichtloosheid. Dit komt omdat er geen reactie is op het gewicht van het houtblok uit de container, omdat het met dezelfde versnelling naar beneden wordt getrokken. De versnelling van de container is gelijk aan de versnelling van het blok, wat gelijk is aan de versnelling veroorzaakt door de zwaartekracht. Wanneer de container op de grond rust, is de kracht op elk stuk van het blok echter niet uniform. Omdat het blok niet versnelt, ontstaat er ook een opwaartse kracht omdat het blok een vaste stof is. Elke horizontale dwarsdoorsnede van het blok ervaart niet alleen de kracht als gevolg van de zwaartekracht erop, maar ook het gewicht van welk deel van het blok erboven ook is. Een deel van het gewicht voelen is dus eigenlijk een drukgradiënt (een verandering in hoeveelheid per eenheid afstand in een bepaalde richting) in het eigen lichaam.

Er is nog een ander aspect van het gevoel van gewicht waar een drukgradiënt geen rekening mee houdt, een voorbeeld hiervan is de manier waarop onze armen naar beneden worden getrokken ten opzichte van ons lichaam. Dit effect komt van het feit dat iets hangend niet direct wordt ondersteund via een druk vanaf de grond. In feite is het effect bijna precies het tegenovergestelde van een drukgradiënt, het is een spanningsgradiënt. Het gebeurt omdat elke dwarsdoorsnede van een hangend object, bijvoorbeeld een touw, het gewicht van elk stuk eronder moet dragen.

Kortom, gewichtloosheid heeft niets te maken met de vraag of we onder invloed zijn van een zwaartekracht, maar heeft te maken met het feit of er krachtgradiënten in ons lichaam zijn. In een vrije val ervaart een mens geen gewicht omdat alle delen van het menselijke object uniform versnellen (ervan uitgaande dat er geen getijdenkrachten zijn).

Microzwaartekracht

Kaars vlam in orbitale omstandigheden. NASA-afbeelding.

De term microzwaartekracht wordt ook gebruikt omdat gewichtloosheid in, b.v. een ruimteschip of andere container is niet perfect. Oorzaken in een aardbaan omvatten:

  • Zwaartekracht neemt één ppm af voor elke drie meter toename in hoogte. Voorwerpen die geen punten zijn, voelen een differentiële aantrekkingskracht op hun verschillende delen. (Dit is eigenlijk de getijdenkracht).
  • In een ruimteschip in een baan is de middelpuntzoekende kracht hoger aan de bovenkant. (Dit is ook de getijdenkracht).
  • Voorwerpen die alleen worden gelaten, "vallen" naar het dichtste deel van het ruimtevaartuig. Wanneer ze uiteindelijk het ruimteschip raken, zullen ze stoppen met bewegen en gewicht voelen.
  • Hoewel erg dun, is er wat lucht op het niveau van de baan, wat vertraging veroorzaakt door wrijving. Dit wordt waargenomen als "gewicht" in de richting van beweging.
  • Aan zichzelf overgelaten, bevinden verschillende delen van een voertuig aan weerszijden van het omloopvlak zich in hun eigen omloopvlak. In het referentiekader van het voertuig duwt dit objecten naar binnen in de richting van het baanvlak van het voertuig als geheel.

Het microzwaartekrachtsymbool, ug, werd gebruikt op het insigne van de Space Shuttle-vlucht STS-107, omdat deze vlucht was gewijd aan microzwaartekrachtonderzoek (zie foto in dat artikel).

Zwaartekrachtvliegtuig

NASA's KC-135 verminderde zwaartekrachtvliegtuigen

NASA's KC-135 Reduced Gravity Aircraft is gebaseerd op Lyndon B. Johnson Space Center en wordt liefdevol de "braakselkomeet" genoemd. Het is een vliegtuig dat NASA in parabolische bogen van zes mijl lang vliegt, eerst in hoogte klimt, dan valt, zodanig dat de vliegbaan en snelheid overeenkomen met die van een object zonder aandrijving en zonder luchtwrijving. Dit wordt gerealiseerd door aandrijving en besturing zodat luchtwrijving wordt gecompenseerd en niets anders. Het resultaat is dat mensen binnen niet naar de bodem of een andere kant van het vliegtuig worden geduwd, d.w.z. ze zijn tijdelijk gewichtloos, elke keer gedurende een periode van 25 seconden. Meestal duurt een vlucht ongeveer twee uur, waarin 40 parabolen worden gevlogen.

NASA's Microgravity University Reduced Gravity Flight Opportunities Plan stelt teams van universiteitsstudenten in staat om een ​​voorstel voor microzwaartekrachtexperimenten in te dienen. Indien geselecteerd, ontwerpen en implementeren de teams hun experiment en worden studenten uitgenodigd om te vliegen op de McDonnell Douglas C-9 van de NASA (de recente vervanging voor de KC-135). Het vliegtuig vliegt in het hierboven beschreven patroon, zodat het experiment ongeveer 20 tot 25 seconden heeft om zijn functie in microzwaartekracht uit te voeren.

De eerste ESA zero-G-vluchten werden in 1984 gevlogen met een NASA KC-135-vliegtuig in Houston, Texas.

Zero Gravity Corporation

De Zero Gravity Corporation heeft een gemodificeerde Boeing 727 die parabolische bogen vliegt vergelijkbaar met die van NASA's Reduced Gravity Aircraft. Vluchten kunnen worden gekocht voor zowel toerisme- als onderzoeksdoeleinden.

Europees Ruimteagentschap A-300 Zero-G

Het European Space Agency vliegt parabolische vluchten met een speciaal gemodificeerd Airbus A-300-vliegtuig, om microzwaartekracht te onderzoeken. De ESA vliegt campagnes van drie vluchten op opeenvolgende dagen, waarbij elke vlucht ongeveer 30 parabolen vliegt, voor een totaal van ongeveer tien minuten gewichtloosheid per vlucht. De ESA-campagnes worden momenteel uitgevoerd vanaf de luchthaven Bordeaux-Mérignac in Frankrijk door het bedrijf Novespace, terwijl het vliegtuig wordt beheerd door het Centre d'essais en Vol (CEV - Frans testvliegcentrum). Vanaf maart 2006 heeft de ESA 43 campagnes gevlogen. Andere vliegtuigen die het heeft gebruikt, zijn de Russische Ilyushin Il-76 MDK en de Franse Caravelle.123

Op de grond gebaseerde voorzieningen voor verminderde zwaartekracht

Op de grond gebaseerde faciliteiten die voor onderzoekdoeleinden omstandigheden met verminderde zwaartekracht produceren, worden doorgaans valbuizen of valtorens genoemd.

NASA-voorzieningen

De Zero-G onderzoeksfaciliteit van NASA, gelegen in het Glenn Research Center in Cleveland, Ohio, is een verticale as van 145 meter, grotendeels onder de grond, met een integrale vacuümdruppelkamer, waarin een experimentvoertuig een vrije val kan hebben voor een duur van 5,18 seconden, een afstand van 132 meter. Het experimentvoertuig wordt gestopt in ongeveer 4,5 meter pellets geëxpandeerd polystyreen en ondervindt een piekvertragingssnelheid van 65 g.

Ook bij NASA is Glenn de 2.2 Second Drop Tower die ongeveer 24 meter lang is.

Marshall Space Flight Center van NASA herbergt een andere drop tube-faciliteit van 105 meter lang en biedt een vrije val van 4,6 seconden onder bijna-vacuümomstandigheden.

Mensen kunnen deze zwaartekrachtschachten niet gebruiken, omdat de vertraging die de druppelkamer ervaart waarschijnlijk iemand doodt of ernstig verwondt tijdens het gebruik ervan; 20g is ongeveer de hoogste vertraging die een fit en gezond mens even kan weerstaan ​​zonder permanent letsel op te lopen.

Andere faciliteiten wereldwijd

  • Micro-zwaartekrachtlaboratorium van Japan (MGLAB) - 4,5 s vrije val
  • Experimentele drop tube van de metallurgie afdeling van Grenoble - 3.1 s vrije val

Neutraal drijfvermogen

Gewichtloosheid kan ook worden gesimuleerd met het gebruik van neutraal drijfvermogen, waarbij menselijke onderwerpen en apparatuur in een wateromgeving worden geplaatst en gewogen of gewogen totdat ze op hun plaats blijven hangen. NASA gebruikt neutraal drijfvermogen om zich voor te bereiden op EVA's (Extra Vehicle Activity) in zijn Neutral Buoyancy Laboratory.

Gewichtloosheid in een ruimteschip

Astronaut Marsha Ivins demonstreert het effect van gewichtloosheid op lang haar tijdens STS-98

Lange periodes van gewichtloosheid komen voor in een ruimteschip buiten de atmosfeer van een planeet, op voorwaarde dat er geen voortstuwing wordt toegepast en het schip niet roteert. Dit is het geval bij een baan om de aarde (behalve wanneer raketten vuren voor orbitale manoeuvres), maar niet tijdens atmosferische terugkeer. Gewichtloosheid komt niet voor in een raket dat versnelt door zijn raketten af ​​te vuren. Zelfs als de raket uniform versnelt, wordt de kracht op het achtereinde van de raket uitgeoefend door het ontsnappende gas en die kracht wordt over het hele schip overgedragen via druk of spanning, waardoor gewichtloosheid wordt voorkomen.

Gewichtloosheid in een ruimteschip of ruimtestation wordt bereikt door een vrije val. Het schip en alle dingen erin vallen in feite naar het aardoppervlak, maar de baan snelheden zijn zo groot, meestal vijf mijl per seconde, dat de aarde van je weg buigt voordat je de atmosfeer kunt betreden. De zwaartekracht blijft je echter aantrekken en het resultaat is een schijnbare staat van eeuwigdurende vrije val.

Gewichtloosheid in het centrum van een planeet

In het centrum van een planeet zou een persoon gewichtloos voelen omdat de aantrekkingskracht van de omringende massa van de planeet zou verdwijnen. Meer in het algemeen is de zwaartekracht nul overal binnen een holle sferisch symmetrische planeet, volgens de schelpstelling.

Gezondheidseffecten

Na de oprichting van omloopstations die langdurig door mensen kunnen worden bewoond, is aangetoond dat blootstelling aan gewichtloosheid een aantal schadelijke effecten op de gezondheid heeft. Mensen zijn goed aangepast aan de fysieke omstandigheden op het aardoppervlak. Wanneer gewichtloos zijn, beginnen bepaalde fysiologische systemen te veranderen en kunnen tijdelijke en langdurige gezondheidsproblemen optreden.

De meest voorkomende initiële toestand die mensen ervaren na de eerste paar uur van gewichtloosheid is algemeen bekend als ruimteziekte. De symptomen omvatten algemene misselijkheid, misselijkheid, duizeligheid, hoofdpijn, lethargie, braken en een algehele malaise. Het eerste geval werd gemeld door kosmonaut Gherman Titov in 1961. Sindsdien heeft ongeveer 45 procent van alle mensen die last hebben van vrij zweven zonder zwaartekracht ook last van deze aandoening. De duur van ruimteziekte varieert, maar heeft in geen geval langer dan 72 uur geduurd. Tegen die tijd zijn de astronauten gewend geraakt aan de nieuwe omgeving.

De belangrijkste nadelige effecten van langdurige gewichtloosheid zijn spieratrofie en achteruitgang van het skelet; deze effecten kunnen worden geminimaliseerd door een regime van oefening. Andere significante effecten zijn onder andere vloeistofherverdeling, een vertraging van het cardiovasculaire systeem, verminderde productie van rode bloedcellen, evenwichtsstoornissen en een verzwakking van het immuunsysteem. Mindere symptomen zijn onder meer verlies van lichaamsmassa, verstopte neus, slaapstoornissen, overmatige winderigheid en wallen in het gezicht. Deze effecten zijn omkeerbaar bij terugkeer naar de aarde.

Veel van de aandoeningen die worden veroorzaakt door blootstelling aan gewichtloosheid zijn vergelijkbaar met die van veroudering. Wetenschappers geloven dat studies naar de schadelijke effecten van gewichtloosheid medische voordelen kunnen hebben, zoals een mogelijke behandeling voor osteoporose en verbeterde medische zorg voor bedlegerigen en ouderen.

Notes

  1. ↑ European Space Agency. A300 Zero-G. ESA Human Spaceflight-website. Ontvangen op 16 februari 2008.
  2. ↑ European Space Agency. Volgende camaign. ESA Human Spaceflight-website. Ontvangen op 16 februari 2008.
  3. ↑ European Space Agency. Campagne-organisatie. ESA Human Spaceflight-website. Ontvangen op 16 februari 2008.

Referenties

  • Howstuffworks.com. 2006. Hoe gewichtloosheid werkt HowStuffWorks, Inc. opgehaald op 16 februari 2008.
  • Henderson, Tom. 2004. Gewichtloosheid in een baan Het fysica-klaslokaal. Ontvangen op 16 februari 2008.
  • 1999. Zwaartekracht creëert gewichtloosheid? Science Joy Wagon. Ontvangen op 16 februari 2008.
  • 2002. Gewichtloosheid & meer ... Leren overleven in de ruimte! MedicineNet, Inc. opgehaald op 16 februari 2008.
  • Graveline, Duane. 2005. Gewichtloosheid Spacedoc.net. Ontvangen op 16 februari 2008.

Externe links

Alle links zijn opgehaald op 9 augustus 2013.

  • Zero-G onderzoeksfaciliteit Een NASA-faciliteit voor onderzoek naar microzwaartekracht op de grond.
  • NASA Microgravity University Een NASA-studentenprogramma waarmee teams van studenten een microzwaartekrachtexperiment kunnen plannen en aan boord van NASA's C-9 kunnen vliegen Het vervangende vliegtuig voor de KC-135.

Pin
Send
Share
Send