В космосе невесомость из-за слабой гравитации

Продолжаем издеваться над идиотами, полагающими себя знающими, образованными людьми. Эти ребята уверенно объясняют чарующе свободное перемещение в невесомости космонавтов и всяких вещей вокруг них тем, что их корабль или космическая станция далеко от Земли, а потому её сила притяжения близка к нулю. Вроде как именно это позволяет им, как показывается во множестве передач, зависать в центре помещения, эффектно перекидывать по прямой траектории из руки в руку какой-нибудь предмет или создавать парящие в воздухе водяные пузырьки, а потом ловить их ртом. Даже украинский космонавт, уронивший сало, с удивлением обнаружил, что оно не падает. «Гравитации нету» — сообразил украинец. Героям сала!

Однако, внезапно для идиотов, на уроках физики смотревших, как за окном голуби серят на голову трудовику, вместо того, чтобы врубаться в науку — сила тяжести на космических станциях не особо меньше той, которая действует на нас на Земле. Согласно закону всемирного тяготения:

G — это так называемая «гравитационная постоянная». Её значение — 6,67408 × 10(−11)м³/кг⋅с². В интересующем нас частном случае, M — масса Земли, m — масса какого-то тела (например, космического корабля или человека в нём), а r — расстояние между центром Земли и этим телом.

Правда, эта формула введена для тел, которые можно считать точечными, а если тело находится вблизи поверхности Земли, то Землю — ввиду её нехилых по сравнению с космическим кораблём размеров — вряд ли можно считать точечным телом, однако всё равно приблизительно такая сила будет притягивать это тело к Земле. Для интересующей нас оценки этой приближённой формулы вполне достаточно.

Так вот, как легко видеть, все величины, кроме расстояния от интересующего нас тела до Земли, сохраняются, и при отдалении этого тела. Из чего можно заключить, что отношение сил, с которыми Земля притягивает это тело в разных точках пространства, обратно пропорционально квадрату отношения расстояний от центра Земли до каждой из этих точек.

Большинство космических кораблей, запущенных человечеством, летает не особо далеко от Земли. Например, Международная Космическая Станция находится на орбите, отстоящей от поверхности Земли примерно на 400 километров. Радиус же Земли — приблизительно 6400 километров.

Подставив эти сведения в вышеприведённую формулу, получим, что внутри МКС Земля притягивает тела всего на 10% слабее, чем на поверхности Земли.

А чтобы сила притяжения упала хотя бы вдвое, надо отлететь на 2650 километров. Так далеко люди пока что залетали (якобы) только во время
воображаемых лунных экспедиций астропиндосов. Все же остальные пилотируемые полёты проходили существенно ближе к поверхности Земли, а потому сила тяжести, действующая на космонавтов во время полёта, даже до половины от земной никогда не опускалась.

Впрочем, беспилотные искусственные спутники есть и на гораздо бо́льших расстояниях. Так, часть спутников GPS летает на расстоянии 20 000 километров от поверхности, а спутник, запущенный недавно в рамках проекта «Радиоастрон», будет в самой дальней точке своей орбиты на расстоянии 330 000 километров от центра Земли. Но речь-то не о них, а о человеках на орбите Земли.

Причина невесомости, таким образом, явно заключена в чём-то другом.

Однако давайте сначала разберёмся с тем, что вообще такое «вес».

Несмотря на то, что в бытовых условиях люди зачастую отождествляют между собой «массу», «вес» и «силу тяжести» — это три различные физические величины.

Масса — это неотъемлемая характеристика тела, которая остаётся одной и той же, где бы тело ни находилось, и обуславливает гравитационное и инерционное взаимодействия этого тела. Правда, масса может поменяться при смене системы отсчёта, но при малых скоростях тела относительно точки отсчёта этим эффектом можно пренебречь.

Сила тяжести — это та сила, с которой нас притягивает некоторое массивное тело (чаще всего им подразумевается Земля).

В отличие от массы, сила тяжести — величина переменная. Чем дальше от земной поверхности, тем меньше сила тяжести. Но самое главное, это вообще две разных физических величины — масса и сила. Даже единицы измерения у них разные: масса измеряется в килограммах, а сила — в ньютонах. «В чем сила, брат?» — «Сила в ньютонах, кретин».

Наконец, вес — это та сила, с которой тело давит на опору или тянет за подвес. Когда вы просто так стоите на Земле, то ваш вес — сила, с которой вы давите на поверхность, — обуславливается лишь действующей на вас силой тяжести. Однако если вы, например, возьмёте на руки своего приятеля, то ваш вес возрастёт — на величину силы тяжести, действующей на приятеля. Ведь действительно после этого на Землю вы начнёте давить сильнее.

Так вот, «невесомость» — это именно что отсутствие веса: когда вы или любое другое тело давят на пол или на что-то ещё с нулевой силой.

Именно этим эффектом обусловлены и все те странные чувства, которые мы ощущаем в невесомости.

Наши стопы не давят на пол, а пол, соответственно, перестаёт давить на наши стопы. Наши внутренние органы не давят друг на друга. Каждая клетка организма перестаёт ощущать давление тех клеток, которые ранее находились «сверху» — дальше от земной поверхности, а потому мышцам уже не надо сопротивляться этому давлению. Вестибулярный аппарат перестаёт распознавать направление «вниз» и это вызывает чувство тревоги…

Ах да, в позапрошлом абзаце я не оговорился: почти все мы такое действительно часто ощущаем, хотя космонавтов среди нас очень мало. Дело в том, что для ощущения невесомости не обязательно лететь в космос — достаточно просто падать. Любой прыжок — это «невесомость». Те самые ощущения, хоть и очень кратковременные.

Ну а если хочется подольше, то можно прислушаться к своим чувствам, когда лифт начинает ехать вниз.

Так вот, в космических кораблях невесомость настаёт в те моменты времени, когда они падают — то есть движутся строго с ускорением свободного падения, обусловленного силой тяжести. В этот момент вместе с кораблём аналогичным образом движется и всё его содержимое, а также содержимое содержимого, поэтому никто ни на кого не давит. Всё имеет нулевой вес.

Причём космические корабли падают основную часть времени своего полёта — стоит выключить двигатель, как тут же начинается падение в сторону наиболее влиятельного по создаваемой им силе тяжести объекта.

Даже во время полётов на Луну каждый космический корабль почти всё время падал. В основном в сторону Земли, но, когда стало совсем близко до Луны — уже в её сторону.

Правда, это было своеобразное такое падение: падая на Землю, космический корабль продолжал лететь в сторону Луны — просто потому, что до того он набрал довольно большую скорость, которую всю дорогу снижала тянущая его к Земле сила, но так и не успела снизить скорость до нуля, чтобы потом начать двигать космический корабль в обратную сторону.

Впрочем, падение космических кораблей вблизи Земли бывает ещё занимательнее: во время него они умудряются оставаться на одном и том же расстоянии от земной поверхности. И вот как это можно себе представить:

Предположим, мы, стоя на земле, бросили камень параллельно её поверхности. Когда в нашем распоряжении лишь сила мышц, камень улетит на совсем небольшое расстояние. На нём кривизна поверхности Земли столь слабо ощутима, что её вообще можно считать плоскостью.

Но если мысленно выдать себе сверхсилу или воспользоваться каким-то из достижений цивилизации, то камень удастся зашвырнуть столь далеко, что кривизна Земли уже сыграет свою роль — и камень улетит за горизонт.

Если же кидать камень еще сильнее — то в конце концов будет достигнута такая скорость, при которой камень будет падать ровно с таким же радиусом траектории, как и радиус Земли — и окажется, что он летает над поверхностью Земли по орбите. Всё время падает, но никак не упадет.

В одной из книг серии «Автостопом по галактике» рекомендовался именно такой способ полёта: «Вам надо натренироваться промахиваться мимо земли во время падения, и тогда вы на самом деле будете летать».

Эта шутка тем смешнее, что ни фига не шутка. Ведь ровно вот это самое и происходит с космическими кораблями и станциями на орбитах: они падают вечно, всё время «промахиваясь» мимо Земли, поскольку успевают во время падения пролететь «вдоль» поверхности достаточно много, чтобы её не зацепить, а нырнуть за горизонт.

Вот так и летают.

Точнее, вот так и падают вместе со всем содержимым, из-за чего всё содержимое, включая космонавтов, пребывает в невесомости.

Кстати, иногда на МКС невесомость всё-таки становится неполной.
На 400 километрах атмосфера Земли довольно разрежена, но всё ещё есть. В результате станция теряет скорость из-за трения об атмосферу и потихоньку снижается. Поскольку же падение её на Землю — это совсем не то, о чём говорили большевики, её временами приходится поднимать на прежнее место при помощи её собственных реактивных двигателей или двигателей специально подосланных космических кораблей.

В эти моменты МКС движется с ускорением, отличным от создаваемого силой тяжести, а потому её содержимое ненадолго обретает вес.

Поднимающий станцию корабль, по сути, толкает низ станции в сторону её содержимого и этот низ с неизбежностью начинает давить на всё, что его касается. По третьему же закону Ньютона, касающееся «пола» содержимое толкает этот «пол» в обратную сторону. А это ведь и есть вес — сила давления на опору. Пусть и получается этот вес столь непривычным способом.

Впрочем, ровно по той же причине ваш вес ненадолго возрастает в стартующем по направлению вверх лифте.

Из рассуждений про брошенный камень видно, что для вечного полёта вокруг Земли достаточно лишь набрать нужную скорость, а после этого двигатели уже можно выключать — дальше оно будет «промахиваться» мимо Земли уже само по себе. Именно поэтому наши космические корабли именно так и летают: иначе никакого топлива не напасёшься.

Одновременно с тем данный эффект является ещё одним отличным доказательством того, что Земля всё-таки не плоская, а что-то типа шара: в ином случае невозможно было бы «зависнуть» над ней с отключёнными двигателями. Шах и мат, плоскоземельщики.

Однако миф о плоской Земле мы всё-таки разбирать не будем.

Источник материала
Настоящий материал самостоятельно опубликован в нашем сообществе пользователем Proper на основании действующей редакции Пользовательского Соглашения. Если вы считаете, что такая публикация нарушает ваши авторские и/или смежные права, вам необходимо сообщить об этом администрации сайта на EMAIL abuse@proru.org с указанием адреса (URL) страницы, содержащей спорный материал. Нарушение будет в кратчайшие сроки устранено, виновные наказаны.

Читайте также:

Комментарии о материале (сверху свежие):
  1. Henren (2018-02-05 20:11:24)
    Земля, конечно, плоская. Иначе бы мы с нее свалились.
  2. Proper (2018-02-05 20:13:02)
    Несомненно. Но кто же живет с другой стороны? Неужели рептилоиды? Я понял - нефть, что мы качаем, это фекалии рептилоидов. Они подключают к просверленным нами в земле дыркам свою канализацию. Дешево и сердито.
  3. Henren (2018-02-05 20:18:06)
    Это и так всем ясно, что фекалии. Иначе бы старые скважины не наполнялись. А они за 12-15 лет наполняются и их снова откачивают. А вот рептилоиды это или серые - это вопрос.
  4. ZIL.ok.130 (2018-02-05 20:31:14)
    Не,йа таг не играйу. Не плоская! Скажыте ищё, што пространство -- не плоское! Йа уш савсем собрался сделать складку пространства и проткнуть его чемнить. Иле -- разбежаца посильнее и заглянуть пространству за угол. /ннада буит чешуек жуков насобейрать/
  5. Tim_duke (2018-02-05 20:43:08)
    Пространство тоже круглое, потому что расширяется во все стороны с одинаковой скоростью.
  6. ZIL.ok.130 (2018-02-05 20:49:16)
    Во! Ета па нашему -- круглое простансво. Круглое да и всйо. И бес всяких тама вакуумоидоф! Еси попросят уточнить форму -- ннада руками помавать округлыми движениями. И посмотреть на собеседника с сожалением.
  7. EvilTeacher (2018-02-05 20:53:41)
    Пфффф.... Пара доксы физики... Я своих студентов точно так же люблю чем-нибудь ошарашить... Ну что-то типа того, что все параллельные прямые пересекаются, что есть треугольники с тремя прямыми углами, и т.п. Когнитивные диссонансы полыхают вовсю, шаблоны трещат и рвутся вдребезги напополам... А Земля - таки да, она плоская, как Вселенная в книге Эббота "Флатландия"... И вообще - вся наука это выдумки...
  8. Tim_duke (2018-02-05 21:06:26)
    То что параллельные прямые пересекаются прекрасно видно на глобусе, там же можно нарисовать и Ваш хитрый треугольник. Ничего особенного, просто Риманова геометрия.
  9. EvilTeacher (2018-02-05 21:10:40)
    Ну так школярство ограничивает знание, подготовка к ЕГЭ не означает учебу, а у многих широта кругозора стянута к замочной скважине собственной точки зрения... А много ли увидишь в замочную скважину? "Ничего особенного" это для нас, учивших в советской школе геометрию как отдельный предмет. Нынешние школяры этого удовольствия лишены. Отсюда и Земля плоская.
  10. Dimokrat (2018-02-05 22:06:56)
    Подмена понятий. Меридианы не являются прямыми, даже если их такими назвали Лобачевский или Риман. Зачем дурить школьникам головы? Там чистить надо, а не пачкать.
  11. Tim_duke (2018-02-05 22:13:54)
    Возьмите любую карту крупного масштаба, ну скажем 1:100000, и посмотрите на координатную сетку. Там параллельные прямые линии, те самые, которые пересекаются на полюсах.
  12. ZIL.ok.130 (2018-02-05 22:14:25)
    Во-во -- жулике оне и мошеннике! Не по понятиям, панимаиш ты. В напёрстки свои научные -- всем головы задуриле. /не, сёдни празнек кокойты/
  13. Tim_duke (2018-02-05 22:21:39)
    И не надо смешивать геометрии Лобачевского и Римана. Это принципиально противоположные понятия. Например, у Лобачевского сумма углов в треугольнике меньше 180°, а у Римана -- больше. Пространство Лобачевского -- псевдосфера, Римана -- сфера. Вселенная Римана расширяется, Лобачевского -- схлопывается.
  14. Dimokrat (2018-02-05 22:28:00)
    Нарисовать можно что угодно. Карту взять? Возьмите схему метрополитена. Нарисованы прямые линии, а на самом деле что?
  15. Tim_duke (2018-02-05 22:38:08)
    Вот Вы сейчас точно подменяете понятия. Схема метрополитена -- это схема, а не карта. Загляните в Википедию и поймете разницу. Карта это точное изображение местности на плоскости с помощью условных знаков в заданном масштабе. Точное. Схема -- примерное изображение чего-нибудь. Оно так и называется -- схематичное, и имеет очень мало сходства с оригиналом.
  16. Dimokrat (2018-02-05 22:43:29)
    Я подменяю понятия? Координатная сетка по-Вашему - это "точное изображение местности"? Фотографию параллелей и меридианов хотелось бы посмотреть.
  17. Tim_duke (2018-02-05 22:51:31)
    Для особенных еще раз -- Карта это точное изображение местности на плоскости с помощью условных знаков в заданном масштабе. Я даже выделил самое важное. Меридианы -- это такие условные знаки, принятые людьми для удобства нахождения нужных точек (они называются точками стояния), с помощью координат. Что такое координаты надо объяснять, или сами найдёте?
  18. maken (2018-02-05 23:21:13)
    Препод по высшмату говорил, что если привычную систему координат рассматривать не под привычным углом в 90 градусов, а под другими, то многие моменты в математике будут выглядеть по другому. Интересная точка зрения, хотя и не новая.
  19. Dimokrat (2018-02-05 23:29:40)
    Условные знаки, говорите? Для удобства можно нарисовать всё что угодно. Хоть прямые, хоть загогулиной. Ваш пример про карту оказался неудачным, на местности в реале нет никаких координатных сеток, их рисуют на картах для удобства. Ваш пример ничего не доказывает. ЗЫ. На глобусе они не прямые, сразу видно.
  20. Небритое прямоходящее (2018-02-06 00:02:14)
    Окружность, перпендикулярная плоскости проекции, проецируется на эту плоскость не как прямая?
  21. HMagier (2018-02-06 00:22:23)
    То-то я смотрю, учившие геометрию в советской школе наотвечали на отличненько, да...
  22. Proper (2018-02-06 00:38:41)
    Как ты наверняка уже понял, весь смысл этих вот нескольких постов был про ущербность того уровня "знаний", что дается в школе - причем эта ущербность отнюдь не пришла сейчас, с Фурсенкой, она уже давно здесь поселилась, еще минимум с Хрущева, если не со Сталина даже. Большинство людей заучили в школе какие-то факты - и думают, что это-то вот и есть знания. Но как эти факты соотносятся друг с другом и с реальной жизнью - у очень многих представления самые смутные. К счастью, на Западе в массе образование еще хуже - а то нам бы давно писец настал.
  23. Dimokrat (2018-02-06 01:50:36)
    Как отрезок. Но это - всего лишь проекция. Любая кривая линия на плоскости в перпендикулярной проекции на другую плоскость даст такой же результат, но от этого сама кривая не станет прямой.
  24. Небритое прямоходящее (2018-02-06 02:05:52)
    А теперь попробуйте осознать, что карта это плоскость, на которую спроецирован участок глобуса. И прямая на глобусе, пересекающая меридианы и параллели, перестаёт быть таковой на карте, а меридианы наоборот, начинают быть. И это не всё - это относится к цилиндрическим проекциям, а есть и конические, и азимутальные, и они же с приставкой "псевдо". И в каждой свои тараканы.
  25. Владимир (2018-02-06 02:24:02)
    >>потому что расширяется во все стороны с одинаковой скоростью Пространство расширяется? Пространство чего?
  26. FLY_Slim Jr. (2018-02-06 04:13:38)
    Вся эта муть зависит от точки отсчёта и угла зрения.
  27. FLY_Slim Jr. (2018-02-06 04:14:02)
    Так как вся эта хрень - относительна.
  28. Hmm4 (2018-02-06 07:37:54)
    Пространство пространства, конечно же. А вообще в чём проблема - представьте поверхность 4-мерной сферы с монотонно увеличивающимся радиусом. Вот оно и есть...
  29. Владимир (2018-02-06 07:51:42)
    Информационное пространство, в частности правовое, в скольких измерениях монотонно увеличивает радиус?:)))
  30. Sagamor (2018-02-06 07:56:35)
    Походу авторы комментариев в одном месте мухоморы собирают))
  31. Ванёк26 (2018-02-06 08:52:24)
    Ну да. А 2Х2 = 5. А еще 10 и 11.
  32. Андрей (2018-02-06 09:36:14)
    В трёх измерениях. Томов всё больше и больше. Тома всё толще и толще. И не видно конца и края этому процессу. Да и сам процесс, похоже, в инфляционной стадии своего развития.
  33. Tim_duke (2018-02-06 09:45:52)
    А это смотря сколько у вас денюшкаф.
  34. Владимир (2018-02-06 09:58:30)
    Неверное предположение. С формирования новой российской системы права, как совокупности нормативных актов, в 90-х годах прошлого века, количество оных увеличилось незначительно.
  35. zontik (2018-02-06 15:19:40)
    А подзаконных Норм актов? )))
  36. Kokunov (2018-02-06 15:27:10)
    Схождение меридианов? Не, не слышали....
  37. Kokunov (2018-02-06 15:28:32)
    2х2=8
  38. Dennis (2018-02-06 17:44:42)
    youtube.com/watch?v=8ss9HYEIDvY то же самое но доступно на пальцах
  39. Инфарх (2018-02-08 12:44:09)
    2х2 - это апельсин
  40. ZIL.ok.130 (2018-02-08 12:47:09)
    не гладиолус? Во блин...
  41. Ванёк26 (2018-02-08 12:47:56)
    Поллитровая мышь
  42. ZIL.ok.130 (2018-02-08 12:51:43)
    Ничё се -- мышапатам!
  43. Ванёк26 (2018-02-08 12:53:57)
    Отстал от жизни https://simkl.in/fanart/66/6673061551e50205_0.jpg Вот этот персонаж. Там отвал башки.
  44. ZIL.ok.130 (2018-02-08 12:58:03)
    Чоткей приход,чё.
  45. ZIL.ok.130 (2018-02-08 13:00:15)
    И не "высшмат", а -- ОсИНа МатАн. Особо интересная наука математический анализ.
  46. Ванёк26 (2018-02-08 13:01:57)
    Авторы точно не курили.
Чтобы писать свои комментарии - надо залогиниться на сайте. Тогда и вид комментариев станет более красивым.