Curious Kids är en serie för barn i alla åldrar. Om du har en fråga som du vill att en expert ska besvara kan du skicka den till [email protected].
I flygplan med nollgravitation eller kräkkomet, varför beter sig saker som om det inte finns någon gravitation när de bara faller? – Austin B., 11 år, Scranton, Pennsylvania
Jag har flugit många gånger i flygplan med tyngdlöshet. Varje gång njuter jag fortfarande av känslan av att sväva fritt, förmågan att flyga tvärs över kabinen genom att bara trycka lätt på väggen, precis som astronauter på den internationella rymdstationen, och nyheten att kunna rotera sin kropp i vilken riktning man vill. Känslan påminner om den korta känslan på vissa berg- och dalbanor eller från en hoppbräda, men i nästan en halv minut och utan att luften rusar förbi dig – det är kul!
Människor som känner viktlöshet utan att vara i rymdfarkoster kan tyckas vara en motsägelse. Men det är möjligt, och människor väljer ofta att göra detta för rekreation eller forskning i ett flygplan som flyger i atmosfären, inte ute i rymden.
Jag är forskare inom rymdteknik och är intresserad av hur man kan kontrollera och använda vätskor och gaser i rymdfärder. Exempel är flytande raketdrivmedel i rymdfarkoster eller vatten i livsuppehållande system i rymdfarkoster för människor.
Exempel på gravitation i praktiken
När man står stilla upplever man faktiskt den kraft som vi kallar gravitation när man känner hur jorden drar oss mot sitt centrum. Gravitationen drar ner dig och golvet trycker upp dina fötter. Om gravitationen försvann skulle du kunna trycka dig loss från golvet och sväva iväg och aldrig återvända till golvet om du inte hittade ett tak att trycka dig loss från igen. Du skulle se ut att sväva runt som någon i en flygning med ”kräkskåp” eller som en astronaut på den internationella rymdstationen.
Du kanske har lärt dig att rymdstationen kretsar runt jorden eftersom gravitationskraften på den balanseras av den sidokraft som orsakas av den cirkulära flygbanan. Denna kraft kallas centrifugalkraft, samma som du känner när du svänger i en bil, ett tåg, en åkattraktion i en nöjespark eller liknande.
Flygplan flyger närmare jordens yta, så gravitationen är lite starkare för flygplanet än för den internationella rymdstationen. Men det är uppenbart att gravitationskraften som orsakas av jorden existerar på rymdstationen och i kräkskåpet, men ändå ser astronauterna på rymdstationen och forskarna eller turisterna i kräkskåpet ut som om det inte finns någon gravitation. Varför?
Jag har flugit i vomit-comet-flygningar med vetenskapliga experiment och Purdue University-studenter, och det känns verkligen som om det inte finns någon gravitation.
Men varje gång jag flyger drar gravitationen flygplanet ner till marken för landning på landningsbanan. Därför vet vi att gravitationen måste vara närvarande, och ändå ser det ut som om och känns som om det inte finns någon gravitation under en del av kräk-komet-flygningen.
Dessa forskningsflygningar är vanligtvis fulla av kvalificerade forskare som har tagit en avancerad examen, i mitt fall en doktorsexamen.
Hur tyngdlöshet i ett flygplan sker
En vardaglig händelse kan hjälpa dig att förstå hur tydligen gravitationen är både närvarande och frånvarande på samma gång. När du åker i en bil som svänger åt vänster känner du dig knuffad åt höger. Du kan till och med känna dig tryckt mot den högra sidan av bilens interiör, och dörren trycker tillbaka på dig. Att vrida sig i bilens färdriktning förändrar också det vi kallar bilens hastighet.
Velocity omfattar både bilens hastighet och riktningen som den färdas i. Att ändra riktning känns för dig som sidledes gravitation. Att ändra hastigheten, t.ex. ett plötsligt stopp, känns som framåtriktad gravitation för dig. Hissar som startar och stannar känns för ett ögonblick som om det finns mer eller mindre gravitation. Dessa hastighetsförändringar kallas accelerationer. Acceleration har en mängd och en riktning, precis som hastigheten, och båda är exempel på vektorer. En annan vektor är kraft, och ett exempel är gravitationen, som drar oss ner till jordytan.
Du har upplevt att acceleration känns på samma sätt som gravitation. Tänk om du kunde hitta ett sätt att skapa en ”antigravitationsacceleration”: det vill säga en acceleration som verkar i rätt riktning och i rätt mängd för att upphäva gravitationen. Är detta möjligt?
Svaret är ja – det är vad som händer i en kräk-komet-flygning och i en omloppsbana.
Formen på kräk-komet-flygbanan kallas för en parabel. Piloter uppnår detta genom att flyga uppåt i en vinkel på ungefär 45 grader och sedan planar de ut och dyker i ungefär 45 grader, vilket skapar den acceleration som behövs för att upphäva gravitationen. Flygplanets maximala hastighet och hur snabbt flygplanet kan dra upp före och efter en parabola avgör hur länge denna acceleration kan pågå, cirka 25 sekunder.
Tyngdkraften drar ner oss, och genom att accelerera ner på rätt sätt i ett flygplan eller en rymdfarkost kan vi känna att vi befinner oss i tyngdlöshet. Den korrekta fysiska termen är viktlöshet, men tyngdlöshet är en beskrivande term som också beskriver känslan, så även inom rymdforskningsvärlden och inom NASA är ”tyngdlöshet” den vanligaste termen som används oftast av experter.
Hej, nyfikna barn! Har ni en fråga som ni vill att en expert ska besvara? Be en vuxen att skicka din fråga till [email protected]. Berätta ditt namn, din ålder och vilken stad du bor i.
Och eftersom nyfikenhet inte har någon åldersgräns – vuxna, låt oss veta vad du också undrar. Vi kommer inte att kunna besvara alla frågor, men vi kommer att göra vårt bästa.