Curious Kids er en serie for børn i alle aldre. Hvis du har et spørgsmål, som du gerne vil have en ekspert til at besvare, så send det til [email protected].
I flyvemaskiner uden tyngdekraft eller bræk komet, hvorfor opfører ting sig som om der ikke er nogen tyngdekraft, når de bare falder? – Austin B., 11 år, Scranton, Pennsylvania
Jeg har fløjet mange gange i flyvninger med tyngdeløse flyvemaskiner. Hver gang nyder jeg stadig følelsen af at svæve frit, evnen til at flyve tværs over kabinen ved blot et let tryk på væggen, ligesom astronauter på den internationale rumstation, og det nye i at kunne rotere sin krop i den retning, man ønsker. Følelsen er ligesom den korte fornemmelse på nogle rutsjebaner eller fra et springbræt, men i næsten et halvt minut og uden at luften suser forbi dig – det er sjovt!
Det kan virke som en selvmodsigelse, at folk føler vægtløshed uden at være i rumflyvning. Men det er muligt, og folk vælger ofte at gøre dette til fritidsbrug eller til forskning i et fly, der flyver i atmosfæren og ikke ude i rummet.
Jeg er forsker i rumfartsteknik og interesserer mig for, hvordan man kan kontrollere og bruge væsker og gasser i rumflyvning. Eksempler herpå er flydende raketdrivmidler i rumfartøjer eller vand i livsunderstøttelsessystemer i rumfartøjer for mennesker.
Eksempler på tyngdekraften i aktion
Når man står stille, oplever man faktisk den kraft, vi kalder tyngdekraften, når man føler, at Jorden trækker os mod sit centrum. Tyngdekraften trækker dig nedad, og gulvet trykker opad på dine fødder. Hvis tyngdekraften forsvandt, kunne du skubbe dig væk fra gulvet og svæve væk og aldrig vende tilbage til gulvet, medmindre du fandt et loft at skubbe dig væk fra igen. Du ville se ud til at svæve rundt som en person i en “bræk-komet” flyvning eller som en astronaut på den internationale rumstation.
Du har måske lært, at rumstationen kredser om Jorden, fordi tyngdekraften på den afbalanceres af den sidekraft, der forårsages af den cirkulære flyvebane. Denne kraft kaldes centrifugalkraft og er den samme som den, man mærker, når man drejer i en bil, et tog, en forlystelsespark eller lignende.
Flyvemaskiner flyver tættere på Jordens overflade, så tyngdekraften er lidt stærkere for flyet end for den internationale rumstation. Men det er klart, at tyngdekraften forårsaget af Jorden eksisterer på rumstationen og på bræk-komet, men alligevel ser astronauter på rumstationen og forskere eller turister på bræk-komet ud, som om der ikke er nogen tyngdekraft. Hvorfor?
Jeg har fløjet i vomit-comet-flyvninger med videnskabelige eksperimenter og studerende fra Purdue University, og det føles faktisk som om, at der ikke er nogen tyngdekraft.
Men hver gang jeg flyver, trækker tyngdekraften flyet ned til jorden for at lande på landingsbanen. Derfor ved vi, at tyngdekraften må være til stede, og alligevel ser det ud som om og føles som om, der ikke er nogen tyngdekraft under en del af bræk-komet-flyvningen.
Disse forskningsflyvninger er typisk fulde af kvalificerede forskere, der har opnået en videregående grad, i mit tilfælde en ph.d.
Hvordan vægtløshed i et fly sker
En hverdagsbegivenhed kan måske hjælpe dig med at forstå, hvordan tyngdekraften tilsyneladende er både til stede og fraværende på samme tid. Når du kører i en bil, der drejer til venstre, føler du dig skubbet til højre. Du kan endda føle dig skubbet mod højre side af bilens indre, og døren skubber sig tilbage mod dig. Ved at dreje i den retning, bilen kører, ændres også det, vi kalder bilens hastighed.
Velocity omfatter både bilens hastighed og den retning, den bevæger sig i. Ændring af retningen føles som sidelæns tyngdekraft for dig. Ændring af hastigheden, som f.eks. et pludseligt stop, føles som fremadrettet tyngdekraft for dig. Elevatorer, der starter og stopper, føles et øjeblik som om, der er mere eller mindre tyngdekraft. Disse ændringer i hastigheden kaldes accelerationer. Acceleration har en størrelse og en retning, ligesom hastighed har det, og begge er eksempler på vektorer. En anden vektor er kraft, og et eksempel er tyngdekraften, som trækker os ned til jordoverfladen.
Du har oplevet, at acceleration føles på samme måde som tyngdekraften gør. Lad os antage, at du kunne finde en måde at skabe en “anti-tyngdekraft”-acceleration: det vil sige en acceleration, der virker i den rigtige retning og i den rigtige mængde for at ophæve tyngdekraften. Er det muligt?
Svaret er ja – det er det, der sker i en bræk-komet-flyvning og i en bane.
Formen af bræk-komet-flyvebanen kaldes en parabel. Piloter opnår dette ved at flyve opad i en vinkel på ca. 45 grader, hvorefter de udjævner sig og dykker i ca. 45 grader, hvilket skaber den acceleration, der er nødvendig for at ophæve tyngdekraften. Flyets maksimale hastighed og hvor hurtigt flyet kan trække op før og efter en parabel bestemmer, hvor længe denne acceleration kan vare, nemlig ca. 25 sekunder.
Tyngdekraften trækker ned på os, og ved at accelerere nedad på den helt rigtige måde i et fly eller rumfartøj kan vi føle, at vi befinder os i tyngdefrihed. Den korrekte fysiske betegnelse er vægtløshed, men tyngdeløshed er en beskrivende betegnelse, der også beskriver fornemmelsen, så selv i luftfartsforskningens verden og i NASA er “tyngdeløshed” den fælles betegnelse, der oftest bruges af eksperter.
Hej, nysgerrige børn! Har I et spørgsmål, som I gerne vil have en ekspert til at besvare? Bed en voksen om at sende dit spørgsmål til [email protected]. Fortæl os dit navn, din alder og den by, hvor du bor.
Og da nysgerrighed ikke har nogen aldersgrænse – voksne, så lad os også vide, hvad du undrer dig over. Vi vil ikke kunne besvare alle spørgsmål, men vi vil gøre vores bedste.