C Curious Kids is een serie voor kinderen van alle leeftijden. Als je een vraag hebt die je graag door een expert beantwoord wilt zien, stuur hem dan naar [email protected].
Waarom gedragen spullen zich in vliegtuigen zonder zwaartekracht of in een kotsende komeet alsof er geen zwaartekracht is, terwijl ze gewoon vallen? – Austin B., 11, Scranton, Pennsylvania
Ik heb al vele malen in een vliegtuig zonder zwaartekracht gevlogen. Elke keer geniet ik nog steeds van het gevoel van vrij zweven, de mogelijkheid om door de cabine te vliegen met slechts een zachte druk op de muur, net als astronauten in het internationale ruimtestation, en de nieuwigheid van het draaien van je lichaam in welke richting je maar wilt. Het gevoel is als de korte sensatie in sommige achtbanen of van een duikplank, maar bijna een halve minuut lang en zonder dat de lucht langs je heen raast – het is leuk!
Mensen die gewichtloosheid voelen zonder in een ruimtevlucht te zijn, lijkt misschien een tegenstrijdigheid. Maar het is mogelijk, en mensen kiezen er vaak voor om dit voor recreatie of voor onderzoek te doen in een vliegtuig dat in de atmosfeer vliegt, niet in de ruimte.
Ik ben onderzoeker in de lucht- en ruimtevaarttechniek en ben geïnteresseerd in hoe vloeistoffen en gassen in de ruimtevaart kunnen worden beheerst en gebruikt. Voorbeelden zijn vloeibare raketvoortstuwingsmiddelen in ruimtevaartuigen of water in levensinstandhoudingssystemen in bemande ruimtevaartuigen.
Voorbeelden van zwaartekracht in actie
Als je stilstaat, ervaar je de kracht die we zwaartekracht noemen wanneer je voelt dat de aarde ons naar haar middelpunt trekt. De zwaartekracht trekt je naar beneden, en de vloer duwt je voeten omhoog. Als de zwaartekracht zou verdwijnen, zou je van de vloer af kunnen duwen en weg kunnen zweven, en nooit meer op de vloer terug kunnen komen tenzij je een plafond vindt waar je je weer tegenaan kunt duwen. Het zou lijken alsof je rondzweefde als iemand in een “kots-kots” vliegtuigvlucht of als een astronaut in het internationale ruimtestation.
Je hebt misschien geleerd dat het ruimtestation in een baan om de aarde draait omdat de zwaartekracht erop in evenwicht wordt gehouden door de zijwaartse kracht die wordt veroorzaakt door de cirkelvormige vliegbaan. Deze kracht heet centrifugale kracht, dezelfde die je voelt als je draait in een auto, trein, pretparkattractie of iets dergelijks.
Vliegtuigen vliegen dichter bij het aardoppervlak, dus is de zwaartekracht voor het vliegtuig iets sterker dan voor het internationale ruimtestation. Maar de door de aarde veroorzaakte zwaartekracht bestaat duidelijk in het ruimtestation en in de braakbal, en toch lijkt het voor astronauten in het ruimtestation en onderzoekers of toeristen in de braakbal alsof er geen zwaartekracht is. Waarom?
Ik heb in de braaksel-comet gevlogen met wetenschappelijke experimenten en studenten van de Purdue University, en inderdaad, de ervaring voelt alsof er geen zwaartekracht is.
Toch, elke keer als ik vlieg, trekt de zwaartekracht het vliegtuig naar de grond voor de landing op de landingsbaan. Daarom weten we dat de zwaartekracht aanwezig moet zijn, en toch lijkt het alsof en voelt het alsof er geen zwaartekracht is tijdens een deel van de kots-kots-vlucht.
Deze onderzoeksvluchten zitten meestal vol met gekwalificeerde onderzoekers die een geavanceerde graad hebben behaald, in mijn geval een Ph.D.
Hoe gewichtloosheid in een vliegtuig gebeurt
Een alledaagse gebeurtenis kan u helpen begrijpen hoe blijkbaar zwaartekracht tegelijkertijd aanwezig en afwezig is. Als je in een auto rijdt die naar links draait, voel je je naar rechts geduwd. U kunt zelfs het gevoel hebben dat u tegen de rechterkant van het interieur van de auto wordt geduwd, en dat de deur op u terugduwt. Draaien in de rijrichting van de auto verandert ook wat wij noemen de snelheid van de auto.
Velociteit omvat zowel de snelheid van de auto als de richting waarin hij rijdt. Het veranderen van de richting voelt voor jou als zijwaartse zwaartekracht. Het veranderen van de snelheid, zoals een plotselinge stop, voelt voor jou als voorwaartse zwaartekracht. Liften die starten en stoppen voelen even aan alsof er meer of minder zwaartekracht is. Deze snelheidsveranderingen worden versnellingen genoemd. Versnelling heeft een hoeveelheid en een richting, net als snelheid, en beide zijn voorbeelden van vectoren. Een andere vector is kracht, en een voorbeeld daarvan is de zwaartekracht, die ons naar het aardoppervlak trekt.
Je hebt ervaren dat versnelling hetzelfde aanvoelt als zwaartekracht dat doet. Stel dat je een manier kunt vinden om een “anti-zwaartekracht” versnelling te maken: dat wil zeggen een versnelling die in de juiste richting en in de juiste hoeveelheid werkt om de zwaartekracht op te heffen. Is dat mogelijk?
Het antwoord is ja – dit is wat er gebeurt in een kots-cometervlucht en in een baan.
De vorm van de kots-cometervliegbaan wordt een parabool genoemd. Piloten bereiken dit door onder een hoek van ongeveer 45 graden omhoog te vliegen en dan af te vlakken en onder een hoek van ongeveer 45 graden te duiken, waardoor de versnelling ontstaat die nodig is om de zwaartekracht op te heffen. De maximumsnelheid van het vliegtuig en hoe snel het vliegtuig kan optrekken voor en na een parabool bepalen hoe lang deze versnelling kan duren, ongeveer 25 seconden.
De zwaartekracht trekt op ons neer, en door in een vliegtuig of ruimtevaartuig precies op de juiste manier naar beneden te versnellen, kunnen we het gevoel hebben dat we in de zwaartekracht nul zitten. De correcte natuurkundige term is gewichtloosheid, maar “zero gravity” is een beschrijvende term die ook de sensatie beschrijft, zodat zelfs in de wereld van het lucht- en ruimtevaartonderzoek en bij de NASA “zero gravity” de term is die het vaakst door deskundigen wordt gebruikt.
Hallo, nieuwsgierige kinderen! Heb je een vraag die je graag door een expert beantwoord zou zien? Vraag een volwassene om je vraag te sturen naar [email protected]. Vertel ons je naam, leeftijd en de stad waar je woont.
En omdat nieuwsgierigheid geen leeftijdsgrens heeft – volwassenen, laat ons weten wat jullie je ook afvragen. We zullen niet elke vraag kunnen beantwoorden, maar we zullen ons best doen.