כבידה מלאכותית היא וכיצד ליצור

אפילו אנשים שלא מעוניינים בחלל, שנראו אי פעם סרט על מסע בחלל או לקרוא על דברים כאלה בספרים. כמעט כל האנשים האלה הולכים העבודות של הספינה, שינה נורמלית, אין בעיות עם אכילה. משמעות הדבר היא כי אלה - פיקטיוויות - יש ספינת הכבידה מלאכותית. רוב הקהל רואה את זה כמשהו טבעי לגמרי, ולמעשה זה לא נכון.

כבידה מלאכותית

אז אנחנו קוראים לשינוי (בכל כיוון) המוכרת לנו כוח המשיכה על ידי יישום שיטות שונות. והדבר נעשה לא רק ביצירות של בדיוני, אבל במצבים הארציים האמיתיים מאוד, לרוב, עבור הניסויים.

בתיאוריה, את היצירה של כבידה מלאכותית לא נראה כי קשה. לדוגמה, אתה יכול ליצור אותה מחדש באמצעות האינרציה, ליתר דיוק, כוח צנטריפוגלי. הצורך בכוח זה לא להתעורר אתמול - זה קרה ברגע שאנשים החלו לחלום על טיסות חלל לטווח ארוך. יצירה של כבידה מלאכותית בחלל תאפשר להימנע רב של הבעיות נובעות אורך זמן חוסר משקל. האסטרונאוטים לגדול שרירים חלשים, העצמות הופכות פחות חזקות. נסיעה בחודשי התנאים הללו, אתה יכול לקבל קצת ניוון שרירים.

לפיכך, כיום ליצירת כבידה מלאכותית - משימה בעלת חשיבות עליונה, חקר החלל בלי הישג זה הוא בלתי אפשרי.

אמצעי

אפילו אלה שיודעים רק את רמת הלימודים בפיזיקה, להבין הכבידה כי - אחד החוקים הבסיסיים של העולם שלנו: כל הגוף אינטראקציה זה עם זה, חווה משיכה / דחייה הדדית. ככל שעולה בגוף, את הכוח שלה גדולה יותר של משיכה.

ארץ למציאות שלנו - אובייקט מסיבי מאוד. לכן כל גוף יחיד סביבו נמשך.

עבורנו זה אומר תאוצת הכובד, אשר נמדד בדרך כלל g, שווה 9.8 מטרים לשנייה רבועים. משמעות הדבר היא שאם מתחת לרגליים לא היה לנו את התמיכה, היינו נפלו בקצב הולך כל שניה כדי 9.8 מטרים.

לכן, רק על ידי כוח הכבידה, אנו מסוגלים לעמוד, ליפול, לאכול ולשתות כרגיל, כדי להבין לאן העליון, שבו החלק התחתון. אם האטרקציה תיעלם - אנחנו נהיה אפס כבידה.

במיוחד מכיר האסטרונאוטים תופעה זו מוצאים את עצמם בחלל במצב של הצפה - נפילה חופשית.

תיאורטית, מדענים יודעים כיצד ליצור כוח משיכה מלאכותי. ישנן מספר טכניקות.

המסה הגדולה

האפשרות ההגיונית ביותר - לעשות את החללית כך גדול שהוא התעורר כבידה מלאכותית. על הספינה, אתה יכול להרגיש בנוח, כי אין התמצאות במרחב תיאבד.

למרבה הצער, שיטה זו אינה מציאותית על ההתפתחות הנוכחית של טכנולוגיה. כדי לבנות מתקן כזה דורש משאבים רבים מדי. בנוסף, כמות עצומה של אנרגיה נדרשת להתאוששות שלה.

האצה

נראה כי אם אתה רוצה להגיע g, שווה האדמה, אנחנו רק צריכים לתת את הספינה בצורה שטוחה (platformoobraznuyu) ולקבל אותו לנוע בניצב למישור עם האצה הרצויה. בדרך זו, הכבידה מלאכותית מתקבלת, ו - אידאל.

עם זאת, המציאות היא הרבה יותר מסובך.

בראש ובראשונה כדאי לקחת בחשבון את נושא הדלק. לתחנת מאיץ כל הזמן, אתה חייב להיות אספקת חשמל רציפה. גם אם המנוע מופיע לפתע, לא להשליך את העניין, חוק שימור אנרגיה נשאר בתוקף.

הבעיה השנייה היא הרעיון של האצה מתמדת. על פי הידע שלנו ואת חוקי הפיזיקה, אתה לא יכול להאיץ ללא הגבלת זמן.

בנוסף, הובלה זו אינה מתאימה למשימת המחקר, שכן הוא חייב להיות מואץ רף - לעוף. הוא לא יכול להפסיק לחקור את כוכב הלכת, הוא אפילו לאט לטוס סביבו לא יכול - יש צורך להאיץ.

לפיכך, מתברר כי כבידה מלאכותית זו אינה זמינה עדיין איתנו.

קרוסלה

כולם יודעים איך סיבוב הקרוסלה משפיע על הגוף. לכן, מכשיר כבידה המלאכותי על פי עיקרון זה נראה הריאליסטי.

כל זה הוא בקוטר קרוסלה, הוא נוטה ליפול ממנו בקצב כ שווה למהירות הסיבוב. מתברר כי בגוף כוח מכוון לאורך הרדיוס של אובייקט מסתובב. זה דומה מאוד הכביד.

אז, זה לוקח ספינה, בעל צורה גלילית. במקרה זה, זה צריך לסובב סביב צירו. אגב, את החומרה המלאכותית על חללית, מעוצבת על פי עיקרון זה מודגם קרובות מספיק סרטי מדע בדיוניים.

הספינה בצורת החבית, סביב ציר אורך, כוח צנטריפוגלי, לכיוון מתאים לאורך הרדיוס של האובייקט. כדי לחשב את התאוצה וכתוצאה נדרש לחלק את הכוח על הקרקע.

ידיעת עם הפיזיקה למצוא זה לא קשה: a = ω²R.

בנוסחא זו, תוצאת החישוב - אצה, המשתנה הראשון - צומת המהירות (נמדדה ברדיאנים לשנייה), והשני - הרדיוס.

לפי זה, שכן אנו משמשים g, אתה חייב לשלב בצורה נכונה המהירות הזוויתית ואת הרדיוס של התחבורה בחלל.

בעיה זו מואר בסרטים כגון "Intersol" "בבילון 5", "2001: אודיסאה בחלל" וכדומה. בכל המקרים האלה, את החומרה המלאכותית קרוב תאוצת הכבידה של כדור הארץ.

לא משנה כמה טוב את הרעיון, זה די קשה ליישם.

השיטה של בעיית "קרוסלה"

הבעיה הברורה ביותר מודגשת "אודיסיאה בחלל". רדיוס "מוביל החלל" הוא כ 8 מטר. על מנת לקבל אצת 9.8, הסיבוב צריכה להתבצע בקצב של כ 10.5 מכל רגע ממחזור.

כאשר ערכים אלה להפגין "כוח קוריוליס," וזה כי במרחקים שונים מהשפעת רצפת החוזק שונה. זה תלוי המהירות הזוויתית.

מתברר כי כבידה מלאכותית בחלל שנוצר, אבל מדי סיבוב מהיר של הגוף יוביל לבעיות עם באוזן הפנימית. זה, בתורו, גורם לחוסר איזון, בעיות עם מערכת שיווי המשקל ואחר - דומים - אתגרים.

הופעה של המחסום הזה מציין כי מודל זה מצער מאוד.

אתה יכול לנסות ללכת על הפוך, כפי שעשינו הרומן "העולם-רינג". הנה הספינה היא בצורת טבעת אשר רדיוס המשוער לרדיוס של מסלולו שלנו (כ -150 מיליון קילומטרים). באותו הגודל הזה, את מהירות הסיבוב מספיקה כדי להתעלם כוח קוריוליס.

אנחנו יכולים להניח שהבעיה נפתרה, אבל זה לא כל כך. העובדה מהמחזור הכולל של המבנה סביב צירו לוקח 9 ימים. הדבר מצביע על כך העומס גבוה מדי. על מנת לעצב המתמשך שלהם, זה דורש חומר חזק מאוד, שכיום אינם זמינים. יתר על כן, הבעיה היא כמות תהליך בניית חומר ישירות.

במשחקים של נושאים דומים, כמו בסרט "בבילון 5", הבעיות האלה נפתרות איכשהו: הוא מהירות הסיבוב מספיק, אפקט קוריוליס הוא לא משמעותי, באופן היפותטי ניתן ליצור ספינה כזו.

עם זאת, אפילו העולמות האלה יש חיסרון. שמו - המומנטום.

הספינה, המסתובבת סביב צירה, הופך גירוסקופ ענק. כפי שאתם יודעים, להפוך את ציר ג'יירו off קשה מאוד בשל תנע זוויתי. חשוב כי הסכום אינו משאיר את המערכת. משמעות הדבר היא כי להגדיר את הכיוון של האובייקט יהיה מאוד קשה. עם זאת, בעיה כזו יכולה להיפתר.

בהתייחסו

כבידה מלאכותית על תחנת החלל הופך להיות זמין כאשר הסיוע מגיע "אוניל צילינדר." כדי ליצור מבנה זה דורש כלי גלילי זהה המתחבר לאורך הציר. הם צריכים לסובב בכיוונים שונים. התוצאה של המפגש הזה הוא אפס תנע זוויתי, ולכן לא אמורה להיות בעיה עם מתן הספינה בכיוון הדרוש.

במידת האפשר, להפוך את הספינה ברדיוס של כ 500 מטר, אז זה יעבוד בדיוק כמו שצריך. במקרה זה, את החומרה המלאכותית בחלל היא די נוחה ומתאימה לטיסות ארוכות ספינות או תחנות מחקר.

מהנדסי שטח

כיצד ליצור כוח משיכה מלאכותי, זה ידוע היוצרים של המשחק. עם זאת, בעולם הפנטזיה הזאת הכבידה - זה לא משיכה הדדית של גופים, אבל הכוח ליניארית, שנועדה להאיץ את הפריטים בכיוון מסוים. האטרקציה כאן אינה מוחלטת, היא תשתנה כאשר הפניית מקור.

כבידה מלאכותית על תחנת החלל שנוצר באמצעות מחולל מיוחד. הוא לשתף סיבוב אחיד אזור גנרטור. אז, בעולם האמיתי, נתפס הרכב בו גנרטור, היית להימשך אל הגוף. עם זאת, הגיבור של המשחק ייפול עוד כפעולה לא לעזוב את היקף התקן.

נכון להיום, את החומרה המלאכותית בחלל, יצר מכשיר כזה אינה זמינה לאנושות. עם זאת, אפילו המפתחים אפורי שיער לא מפסיקים לחלום על זה.

גנרטור כדורים

זוהי גרסה מציאותית יותר של הציוד. בעת התקנת כיוון הכבידה של גנרטור. זה מאפשר ליצור תחנה, את החומרה אשר תהיה שווה פלנטרית.

צנטריפוגה

היום כבידה מלאכותית על כדור הארץ מצוי במגוון התקנים. הם מבוססים, בעיקר, על ההתמדה, שכן כוח זה מורגש על ידינו דומה השפעות הכבידה - הגוף אינו מבחין בין מה הוא הגורם להאצה. כדוגמא: אדם עולה במעלית, מרגיש את ההשפעות של אינרציה. פיסיקאים: עלייה במעלית מוסיפה האצת האצת נפילה החופשית של המונית. כשאתה חוזר התנועה נמדדת הטייס "רווח" משקל נעלם, חוזר במובן הרגיל.

מדענים כבר מזמן עניין ב כבידה מלאכותית. הצנטריפוגה משמש לרוב למטרות אלה. שיטה זו מתאימה לא רק עבור החללית, אלא גם עבור תחנות הקרקע, אשר דורשים לחקור את ההשפעות של הכבידה על הגוף האנושי.

חקור את העולם, המשמש ...

למרות שהמחקר הכביד נכתב מהחלל, זה מדע כדור ארץ מאוד. גם היום ההישגים בתחום זה יושמו, למשל, ברפואה. לדעת האם זה אפשרי ליצור משיכה מלאכותית על פני כדור הארץ, אתה יכול להשתמש בו כדי לטפל בבעיות תנועה או של מערכת העצבים. יתר על כן, המחקר של הכוחות מעורב מלכתחילה על פני כדור הארץ. זה מאפשר האסטרונאוטים לבצע ניסויים תוך שמירה בפוקוס של רופאים. דבר נוסף הוא כוח המשיכה המלאכותית בחלל, אין אנשים מסוגלים לסייע לאסטרונאוטים במקרה של מצב חירום.

תזכור את המשקל המוחלט, אי אפשר לקחת בחשבון לווין במסלול סביב כדור הארץ. אובייקטים אלה, אם כי במידה קטנה, להשפיע הכבידה. כוח הכובד, במקרים כאלה, שנקרא כבידה. הכבידה אמיתית הן רק נבדקה במכונית, עפה במהירות קבועה בחלל החיצון. עם זאת, גוף האדם אינו מרגיש את ההבדל.

בוא לחוות את חוסר המשקל יכול להיות קפיצה ממושכת (לפני החופה תיפתח) או במהלך מטוסי ירידה פרבולית. ניסויים כאלה לעיתים קרובות לשים בארה"ב, אבל על מטוס כי התחושה נמשך רק 40 שניות - זה קטן מדי עבור חקירה מלאה.

בברית המועצות בשנת 1973 כדי לדעת אם אפשר ליצור כבידה מלאכותית. וזה לא רק יצר אותו, אלא גם בדרך כלשהי השתנה. דוגמא בולטת מלאכותי צמצום כובד - טבילה יבשה, טבילה. כדי להשיג את האפקט הרצוי נדרש לשים סרט צפוף על פני המים. אדם מושם על גבי זה. תחת המשקל של הגוף הגוף הוא שקוע לתוך המים, רק הראש נשאר בראש. מודל זה מדגים את הנתמך עם כובד נמוך, וזה מאפיין של האוקיינוס.

אין צורך לטוס לחלל כדי להרגיש את ההשפעות של כוחות מנוגדים משקל - hypergravity. במהלך ההמראה והנחיתה של החללית, עומס צנטריפוגה לא יכול להרגיש רק, אלא גם כדי לחקור.

טיפול כובד

מחקרים בפיזיקה כבידה כולל את ההשפעות של חוסר משקל על הגוף האנושי בניסיון למזער את ההשלכות. עם זאת, מספר גדול של הישגי המדע הזה הוא מסוגל להיות תושבים שימושיים רגילות של כדור הארץ.

תקוות גדולות לרופאים להעניק בחקר התנהגותם של אנזימי שריר מיופתיה. זוהי מחלה רצינית שמובילה למוות מוקדם.

כאשר פעילות גופנית פעילה בדם של אדם בריא מקבלת כמות גדולה של kreatinofosfokinazy אנזים. הסיבה לתופעה זו אינה ברורה, זה אפשרי, את העומס הפועל על קרום התא בצורה כזאת כי זה "דולף". חולים עם מיופתיה לקבל את אותו אפקט בלי עומסים. תצפיות לאסטרונאוטים מראים כי במשלוח באפס כבידה של האנזים הפעיל בדם מצטמצם משמעותית. ממצא זה מרמז כי שימוש טבילה יפחית את ההשפעה השלילית של גורמים מובילים מיופתיה. נכון לעכשיו ערך ניסויים על בעלי חיים.

טיפול במחלות מסוימות היום נערך באמצעות שהושג במחקר של נתוני כובד, כוללים מלאכותי. לדוגמה, שיתוק מוחין מטופל, שבץ, חליפות פרקינסון באמצעות יישום של עומס. כמעט השלים את המחקר של ההשפעות החיוביות של תמיכה - נעל פנאומטי.

טוס על מאדים?

אסטרונאוטי התקדמות לתת תקווה למציאות של הפרויקט. יש לו ניסיון עם איש תמיכה רפואי עם שהייה ארוכה הרחק מכדור הארץ. הביא יתרונות רבים ומשימות מחקר לירח, הכח הכביד שהיא 6 פעמים קטנות הרבה יותר משלנו. עכשיו אסטרונאוטים ומדענים הציבו לעצמם מטרה חדשה - למאדים.

לפני שאתה מתעורר, אתה צריך להיות מודע לכל עבור כרטיס לכוכב הלכת האדום, שהוא מצפה הגוף בשלב הראשון של העבודה - על הכביש. בממוצע, הדרך אל כוכב הלכת המדברי ייקח חצי השנה - כ 500 ימים. הסתמך על הכביש יש רק כוח משלהם, רק לחכות לעזרה מכל מקום.

לערער את הכוחות יהיו גורמים רבים: מתח, קרינה, בהיעדר שדה מגנטי. המבחן החשוב ביותר עבור האורגניזם - לשנות את כוח המשיכה. אנשים נוסעים "להכיר" עם רמות מרובות של הכבידה. בעיקר המראת עומס זה. ואז - חוסר משקל במהלך הטיסה. לאחר מכן -. Hypogravity ביעד, כלומר, כוח המשיכה של מאדים לפחות 40% של הארץ ..

איך להתמודד עם ההשפעות השליליות של חוסר משקל ב טיסה ארוכה? התקווה היא כי פיתוח בתחום כבידה מלאכותית תסייע לטפל בבעיה זו בעתיד הקרוב. ניסויים על חולדות, נסיעה על ידי "קוסמוס-936" מראים כי שיטה זו אינה פותרת את כל הבעיות.

ניסיון OS הוכיח שזה הרבה יותר שימושי עבור האורגניזם הוא מסוגל להביא את השימוש סימולטורים, מסוגל לקבוע את העומס הנדרש לכל אסטרונאוט יחיד.

בעוד הוא האמין כי מאדים לעוף לא רק חוקר, אלא גם לתיירים שרוצים להקים מושבה במאדים. מבחינתם, לפחות בפעם הראשונה, את ההרגשה של להיות משקל עולה על רופאי סיבות על הסכנות של שהייה ממושכת בתנאים אלה. עם זאת, לאחר מספר שבועות זקוקים לעזרה להם למה זה כל כך חשוב להיות מסוגל למצוא דרך לבנות על כוח משיכה חללית מלאכותית.

תוצאות

מה המסקנות יכול להתבצע על בריאת כבידה מלאכותית בחלל?

בין כל האפשרויות נחשבות כיום מסתובבים עיצוב נראה יותר מציאותי. עם זאת, על פי ההבנה הנוכחית של חוקים פיזיקליים אי אפשר, כי הספינה - זה לא גליל חלול. בפנים יש חופפים פוגע יישום רעיונות.

בנוסף, ספינת הרדיוס חייב להיות גדול מספיק כך כוח קוריוליס הוא אין השפעה משמעותית.

כדי לנהל משהו כזה, זה לוקח את הגליל אוניל שהוזכר לעיל, אשר יאפשר לשלוט הספינה. במקרה זה, הסיכויים להגדיל את השימוש במבנה כזה למשימות כוכביות הבטחת צוות ברמה נוחה כובד.

לפני האנושות תוכל לתרגם את החלומות שלהם למציאות, היינו רוצה לראות את יצירות ספרות ידע קצת יותר מציאותיים יותר של חוקי הפיזיקה.