Curious Kids on sarja kaikenikäisille lapsille. Jos sinulla on kysymys, johon haluaisit asiantuntijan vastaavan, lähetä se osoitteeseen [email protected].
Nollapainovoimaisissa lentokoneissa tai oksennuskomeetassa, miksi tavarat käyttäytyvät kuin painovoimaa ei olisi, vaikka ne vain putoavat? – Austin B., 11, Scranton, Pennsylvania
Olen lentänyt monta kertaa nollapainovoimaisella lentokoneella. Joka kerta nautin edelleen vapaan leijumisen tunteesta, mahdollisuudesta lentää matkustamon poikki vain yhdellä hellävaraisella painalluksella seinää vasten, aivan kuten astronautit Kansainvälisellä avaruusasemalla, ja siitä uutuudesta, että voi pyörittää kehoaan haluamaansa suuntaan. Tunne on kuin lyhytaikainen tunne joissakin vuoristoradoissa tai hyppylaudan päältä, mutta lähes puolen minuutin ajan ja ilman, että ilma syöksyy ohi – se on hauskaa!
Miehet, jotka tuntevat painottomuuden ilman, että he ovat avaruuslennossa, saattavat tuntua ristiriitaiselta. Mutta se on mahdollista, ja ihmiset valitsevat sen usein virkistys- tai tutkimustarkoituksessa lentokoneessa, joka lentää ilmakehässä, ei avaruudessa.
Olen avaruustekniikan tutkija ja olen kiinnostunut siitä, miten nesteitä ja kaasuja voidaan hallita ja käyttää avaruuslennoilla. Esimerkkejä ovat nestemäiset rakettipolttoaineet avaruusaluksissa tai vesi ihmisen avaruusalusten elämää ylläpitävissä järjestelmissä.
Esimerkkejä painovoimasta toiminnassa
Kun seisoo paikallaan, kokee itse asiassa voiman, jota kutsumme painovoimaksi, kun tuntee Maan vetävän meitä kohti sen keskipistettä. Painovoima vetää sinua alaspäin, ja lattia painaa jalkojasi ylöspäin. Jos painovoima katoaisi, voisit ponnahtaa lattialta ja leijua pois, etkä koskaan palaisi lattialle, ellet löytäisi kattoa, josta ponnahtaisit taas. Näyttäisi siltä, että leijuisit ympäriinsä kuin joku ”oksennuskopissa” lentävällä lentokoneella tai astronautti kansainvälisellä avaruusasemalla.
Olet ehkä oppinut, että avaruusasema kiertää Maata, koska siihen kohdistuva painovoima tasapainottuu ympyränmuotoisen lentoradan aiheuttaman sivuttaisvoiman kanssa. Tätä voimaa kutsutaan keskipakovoimaksi, samaksi, jonka tunnet kääntyessäsi autossa, junassa, huvipuistokyydissä tai vastaavassa.
Lentokoneet lentävät lähempänä Maan pintaa, joten painovoima on lentokoneelle hieman voimakkaampi kuin Kansainväliselle avaruusasemalle. Mutta selvästi Maan aiheuttama painovoima on olemassa avaruusasemalla ja oksennuskopissa, silti astronautit avaruusasemalla ja tutkijat tai turistit oksennuskopissa näyttävät siltä, ettei painovoimaa ole. Miksi?
Olen lentänyt oksennuskopin lennoilla tieteellisten kokeiden ja Purduen yliopiston opiskelijoiden kanssa, ja todellakin kokemus tuntuu siltä kuin painovoimaa ei olisi.
Mutta joka kerta kun lennän, painovoima vetää lentokoneen maahan laskeutumista varten kiitotielle. Siksi tiedämme, että painovoiman täytyy olla läsnä, ja silti ihmiset näyttävät ja tuntevat, ettei painovoimaa ole osan oksennusmaisen lennon aikana.
Tällaiset tutkimuslennot ovat tyypillisesti täynnä päteviä tutkijoita, jotka ovat suorittaneet ylemmän korkeakoulututkinnon, minun tapauksessani tohtorin tutkinnon
Miten painottomuus lentokoneessa tapahtuu
Yksi arkipäiväinen tapahtuma saattaa auttaa ymmärtämään, miten ilmeisesti painovoima on samaan aikaan sekä läsnä että poissa. Kun ajat autossa, joka kääntyy vasemmalle, tunnet, että sinua työnnetään oikealle. Saatat jopa tuntea, että sinua työnnetään auton sisätilojen oikeaa puolta vasten, ja ovi työntyy takaisin päällesi. Auton kulkusuuntaan kääntyminen muuttaa myös sitä, mitä kutsumme auton nopeudeksi.
Nopeus käsittää sekä auton nopeuden että sen kulkusuunnan. Suunnan muuttaminen tuntuu sinusta sivuttaispainovoimalta. Nopeuden muuttaminen, kuten äkillinen pysähtyminen, tuntuu sinusta eteenpäin suuntautuvalta painovoimalta. Hissien käynnistyminen ja pysähtyminen tuntuu hetken aikaa siltä, että painovoimaa on enemmän tai vähemmän. Näitä nopeuden muutoksia kutsutaan kiihtyvyyksiksi. Kiihtyvyydellä on määrä ja suunta, aivan kuten nopeudellakin, ja molemmat ovat esimerkkejä vektoreista. Toinen vektori on voima, ja yksi esimerkki on painovoima, joka vetää meitä alas maan pinnalle.
Olet kokenut, että kiihtyvyys tuntuu samalta kuin painovoima. Oletetaan, että voisit keksiä keinon luoda ”painovoiman vastaisen” kiihtyvyyden: eli kiihtyvyyden, joka vaikuttaa oikeaan suuntaan ja oikean suuruisena kumoamaan painovoiman. Onko tämä mahdollista?
Vastaus on kyllä – näin tapahtuu oksennuskomeetan lennossa ja kiertoradalla.
Oksennuskomeetan lentoradan muotoa kutsutaan paraabeliksi. Lentäjät saavuttavat tämän lentämällä ylöspäin noin 45 asteen kulmassa ja sitten he tasaantuvat ja sukeltavat noin 45 asteen kulmassa, mikä luo kiihtyvyyden, joka tarvitaan kumoamaan painovoima. Lentokoneen enimmäisnopeus ja se, kuinka nopeasti lentokone pystyy nousemaan ylös ennen ja jälkeen paraabelin, määräävät, kuinka kauan tämä kiihtyvyys voi kestää, noin 25 sekuntia.
Painovoima vetää meitä alaspäin, ja kiihdyttämällä alaspäin juuri oikealla tavalla lentokoneessa tai avaruusaluksessa voimme tuntea olevamme painovoimattomassa tilassa. Oikea fysikaalinen termi on painottomuus, mutta nollapainovoima on kuvaileva termi, joka kuvaa myös tuntemusta, joten jopa ilmailun tutkimusmaailmassa ja NASA:ssa ”nollapainovoima” on asiantuntijoiden useimmin käyttämä yleinen termi.
Hei, uteliaat lapset! Onko sinulla kysymys, johon haluaisit asiantuntijan vastaavan? Pyydä aikuista lähettämään kysymyksesi osoitteeseen [email protected]. Kerro meille nimesi, ikäsi ja asuinpaikkakuntasi.
Ja koska uteliaisuudella ei ole ikärajaa – aikuiset, kertokaa tekin, mitä ihmettelette. Emme pysty vastaamaan jokaiseen kysymykseen, mutta teemme parhaamme.