Curious Kids to seria dla dzieci w każdym wieku. Jeśli masz pytanie, na które chciałbyś, aby odpowiedział ekspert, wyślij je na adres [email protected].
W samolotach o zerowej grawitacji lub komecie wymiotnej, dlaczego rzeczy zachowują się tak, jakby nie było grawitacji, kiedy właśnie spadają? – Austin B., 11 lat, Scranton, Pensylwania
Wiele razy leciałem samolotami o zerowej grawitacji. Za każdym razem wciąż cieszę się uczuciem swobodnego unoszenia się, możliwością latania po kabinie od jednego delikatnego pchnięcia na ścianę, tak jak astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, oraz nowością, jaką jest możliwość obracania ciała w dowolnie wybranym kierunku. Uczucie to przypomina krótkotrwałe doznania na niektórych kolejkach górskich lub poza deską do nurkowania, ale przez blisko pół minuty i bez powietrza pędzącego obok ciebie – to świetna zabawa!
Odczuwanie nieważkości bez przebywania w locie kosmicznym może wydawać się sprzecznością. Ale jest to możliwe, a ludzie często decydują się na to w celach rekreacyjnych lub badawczych w samolocie, który leci w atmosferze, a nie w przestrzeni kosmicznej.
Jestem badaczem w inżynierii kosmicznej i interesuje mnie, jak kontrolować i wykorzystywać ciecze i gazy w lotach kosmicznych. Przykładem mogą być płynne paliwa rakietowe w statkach kosmicznych lub woda w systemach podtrzymywania życia w ludzkich statkach kosmicznych.
Przykłady grawitacji w działaniu
Gdy stoisz nieruchomo, faktycznie doświadczasz siły, którą nazywamy grawitacją, gdy czujesz, że Ziemia ciągnie nas w kierunku swojego środka. Grawitacja ciągnie cię w dół, a podłoga naciska na twoje stopy. Gdyby grawitacja zniknęła, mógłbyś odepchnąć się od podłogi i unosić się w powietrzu, nigdy nie wracając na podłogę, chyba że znalazłbyś sufit, od którego mógłbyś się odepchnąć ponownie. Wydawałoby się, że unosisz się w powietrzu jak ktoś w locie samolotem „vomit-comet” lub astronauta na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Może dowiedziałeś się, że stacja kosmiczna krąży wokół Ziemi, ponieważ siła grawitacji na niej jest równoważona przez siłę boczną spowodowaną przez kołową ścieżkę lotu. Ta siła jest nazywana siłą odśrodkową, tą samą, którą odczuwasz podczas skręcania w samochodzie, pociągu, podczas jazdy w parku rozrywki itp.
Samoloty latają bliżej powierzchni Ziemi, więc grawitacja jest trochę silniejsza dla samolotu niż dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ale najwyraźniej siła grawitacji spowodowana przez Ziemię istnieje na stacji kosmicznej i w wymiocinach-komecie, jednak astronauci na stacji kosmicznej i badacze lub turyści w wymiocinach-komecie wyglądają tak, jakby nie było tam żadnej grawitacji. Why?
I have flown in the vomit-comet flights with science experiments and Purdue University students, and indeed, the experience feels like there is no gravity.
Ale za każdym razem, gdy latam, grawitacja ściąga samolot na ziemię do lądowania na pasie startowym. Dlatego wiemy, że grawitacja musi być obecna, a jednak ludzie wyglądają i czują się tak, jakby nie było grawitacji podczas części lotu vomit-comet.
Te loty badawcze są zazwyczaj pełne wykwalifikowanych badaczy, którzy zdobyli zaawansowany stopień, w moim przypadku Ph.D.
Jak nieważkość w samolocie zdarza się
Jedno codzienne wydarzenie może pomóc ci zrozumieć, jak najwyraźniej grawitacja jest zarówno obecna, jak i nieobecna w tym samym czasie. Kiedy jedziesz samochodem, który skręca w lewo, czujesz, że jesteś popychany w prawo. Możesz nawet czuć się przyparty do prawej strony wnętrza samochodu, a drzwi napierają na ciebie. Skręcanie w kierunku, w którym porusza się samochód również zmienia to, co nazywamy prędkością samochodu.
Prędkość obejmuje zarówno prędkość samochodu, jak i kierunek, w którym się porusza. Zmiana kierunku jest dla ciebie jak grawitacja w bok. Zmiana prędkości, taka jak nagłe zatrzymanie, jest dla ciebie jak grawitacja do przodu. Windy ruszające i zatrzymujące się odczuwają przez chwilę jakby było w nich więcej lub mniej grawitacji. Te zmiany prędkości nazywane są przyspieszeniami. Przyspieszenie ma swoją wartość i kierunek, tak samo jak prędkość, i oba są przykładami wektorów. Innym wektorem jest siła, a jednym z przykładów jest grawitacja, która ściąga nas w dół do powierzchni Ziemi.
Doświadczyłeś, że przyspieszenie odczuwa się tak samo jak grawitację. Załóżmy, że mógłbyś znaleźć sposób na stworzenie przyspieszenia „antygrawitacyjnego”: to znaczy, przyspieszenia działającego w odpowiednim kierunku i w odpowiedniej ilości, aby zniwelować grawitację. Czy jest to możliwe?
Odpowiedź brzmi tak – to właśnie dzieje się w locie wymiotnym i na orbicie.
Kształt toru lotu wymiotnego nazywany jest parabolą. Piloci osiągają to poprzez lot w górę pod kątem około 45 stopni, a następnie wyrównują i nurkują pod kątem około 45 stopni, co tworzy przyspieszenie potrzebne do zniwelowania grawitacji. Maksymalna prędkość samolotu i to jak szybko samolot może się poderwać przed i po paraboli określa jak długo to przyspieszenie może trwać, około 25 sekund.
Grawitacja ściąga nas w dół, a przyspieszając w dół w odpowiedni sposób w samolocie lub statku kosmicznym, możemy poczuć się jak w zerowej grawitacji. Właściwym terminem fizycznym jest nieważkość, ale zerowa grawitacja jest terminem opisowym, który również opisuje to uczucie, więc nawet w świecie badań kosmicznych i w NASA, „zerowa grawitacja” jest wspólnym terminem używanym najczęściej przez ekspertów.
Witajcie, ciekawskie dzieciaki! Czy macie pytanie, na które chcielibyście, aby odpowiedział wam ekspert? Poproś osobę dorosłą, aby wysłała Twoje pytanie na adres [email protected]. Podaj nam swoje imię, wiek i miasto, w którym mieszkasz.
A ponieważ ciekawość nie ma granic wiekowych – dorośli, dajcie nam znać, nad czym też się zastanawiacie. Nie będziemy w stanie odpowiedzieć na każde pytanie, ale zrobimy co w naszej mocy.