ağırlıksızlık - Weightlessness

"Sıfır yerçekimi" ve "Sıfır-G" buraya yönlendirir. Diğer kullanımlar için bkz. Sıfır yerçekimi (anlam ayrım) .
Uluslararası Uzay İstasyonundaki astronotlar sadece mikro yerçekimi deneyimliyor ve bu nedenle ağırlıksızlık örneği sergiliyor. Michael Foale ön planda egzersiz yaparken görülebilir.

Ağırlıksızlık , ağırlık hissinin tamamen veya neredeyse tamamen yokluğudur . Bu aynı zamanda sıfır-G olarak da adlandırılır , ancak daha doğru terim "sıfır G-kuvveti "dir. İnsan vücudu da dahil olmak üzere nesneler üzerinde herhangi bir temas kuvvetinin yokluğunda meydana gelir .

Ağırlık, nispeten güçlü bir yerçekimi alanında (Dünya yüzeyinde olduğu gibi) duran bir nesne üzerindeki kuvvetin bir ölçümüdür. Bu ağırlık hissi, destekleyici zeminler, koltuklar, yataklar, basküller ve benzerleriyle temastan kaynaklanır. Yerçekimi alanı sıfır olduğunda bile, temas kuvvetleri , bir santrifüj , dönen bir uzay istasyonu veya hızlanan bir araç gibi mekanik, yerçekimi olmayan kuvvetlerle bir cismin ataletini etkilediğinde ve üstesinden geldiğinde bir ağırlık hissi de üretilir. .

Ne zaman çekim alanı olmayan üniforma, bir vücut serbest düşmeye gelgit fazla efekt ve stressiz değildir. Bir kara deliğin yakınında , bu tür gelgit etkileri çok güçlü olabilir. Dünya örneğinde, etkiler, özellikle nispeten küçük boyutlu nesneler (insan vücudu veya bir uzay aracı gibi) üzerinde küçüktür ve bu durumlarda genel ağırlıksızlık hissi korunur. Bu durum mikro yerçekimi olarak bilinir ve yörüngedeki uzay gemilerinde hakimdir.

Newton mekaniğinde ağırlıksızlık

Sol yarıda, yay herhangi bir yerçekimi kaynağından uzaktadır. Sağ yarısında, düzgün bir yerçekimi alanı içindedir. a ) Yerçekimi sıfır ve ağırlıksız b ) Yerçekimi sıfır ama ağırlıksız değil (Yay roket tahrikli) c ) Yay serbest düşüşte ve ağırlıksız d ) Yay bir kaide üzerinde duruyor ve hem ağırlığı 1 hem de ağırlığı 2 .

Newton mekaniğinde "ağırlık" terimine mühendisler tarafından iki farklı yorum yapılmıştır.

Ağırlık 1 : Bu yoruma göre, bir cismin "ağırlığı", vücuda uygulanan yerçekimi kuvvetidir ve bu, mühendislikte hakim olan ağırlık kavramıdır. Dünya yüzeyinin yakınında, kütlesi 1 kg (2,2 lb) olan bir cismin ağırlığı , hareket halinden, serbest düşüşten veya düşmeden bağımsız olarak yaklaşık 9,81 N (2,21 lb f )'dir . Bu anlamda ağırlıksızlık, bedeni yerçekimi kaynağından uzaklaştırarak elde edilebilir. Ayrıca, cismi iki çekim kütlesi arasında nötr bir noktaya yerleştirerek de elde edilebilir.
Ağırlık 2 : Ağırlık, terazi kullanıldığında ölçülen miktar olarak da yorumlanabilir. Ne var ölçülen ediliyor uygulanan kuvvettir tarafından ölçeklerde vücuda. Standart bir tartım işleminde, tartılan cisim, tartı makinesinin üzerine uyguladığı kuvvetin yerçekimi alanını iptal etmesi sonucu denge durumundadır. Newton'un 3. yasasına göre , cismin makineye uyguladığı eşit ve zıt bir kuvvet vardır . Bu kuvvete ağırlık 2 denir . Kuvvet yerçekimi değildir . Tipik olarak, bir temas kuvvetidir ve vücudun kütlesi boyunca tek tip değildir. Eğer vücut bir asansörde (asansör) saf düzgün yerçekiminde serbest düşüşte teraziye yerleştirilirse, terazi sıfır okur ve cismin ağırlıksız olduğu, yani ağırlığının 2 = 0 olduğu söylenir . vücut stressiz ve deforme olmaz. Bu, düzgün bir yerçekimi alanında serbest düşüşteki ağırlıksızlıktır . (Yerçekimi alanı tekdüze olmadığında veya bir cisim, örneğin, birbirini iptal edebilen ve ağırlık 2 sıfır olsa da bir gerilim durumu oluşturabilen birden fazla kuvvete maruz kaldığında durum daha karmaşıktır . Aşağıya bakın.)

Özetlemek gerekirse, ağırlık 1'in baskın olduğu iki ağırlık kavramımız var. Yine de 'ağırlıksızlık' tipik olarak ağırlığın 1 olmamasıyla değil , ağırlık 2 ile ilişkili stresin olmamasıyla örneklenir . Aşağıda, aşağıda anlatılmak istenen ağırlıksızlık duygusudur.

Bir cisim, tekdüze bir yerçekimi alanında serbest düşüşte olduğu gibi , üzerine etkiyen tek kuvvet ağırlık 1 olduğunda, gerilimsizdir, sıfır ağırlık 2 uygular . Alt simgeler olmadan, bir cismin üzerine etki eden tek kuvvet ağırlığı olduğunda, bir cismin ağırlıksız olduğu gibi kulağa tuhaf gelen bir sonuca varılır.

Newton'un kafasına düşen apokrif elma, ilgili sorunları göstermek için kullanılabilir. Bir elma yaklaşık 1 newton (0,22 lb f ) ağırlığındadır . Bu, elmanın ağırlığı 1'dir ve düşerken bile sabit olduğu kabul edilir. Ancak bu düşüş sırasında ağırlığı 2 sıfırdır: hava direnci göz ardı edildiğinde, elma gerilimsizdir. Newton'a çarptığında, Newton tarafından hissedilen duyum, elmanın düştüğü yüksekliğe bağlı olacaktır ve çarpma anında elmanın ağırlığı 2 , 1 N'den (0.22 lb f ) birçok kez daha büyük olabilir . Bu ağırlığı 2 elma bozan. Aşağı inerken, elma serbest düşüşünde yerçekimi alanı tekdüze olduğundan herhangi bir bozulma olmaz.

Serbest düşüş sırasında stres

  1. Düzgün bir yerçekimi alanında: Gövdeyi iki parçaya bölen herhangi bir enine kesiti düşünün. Her iki parça da aynı ivmeye sahiptir ve her birine uygulanan kuvvet, alanın dış kaynağı tarafından sağlanır. Bir parçanın diğerine uyguladığı herhangi bir kuvvet yoktur. Kesitteki gerilme sıfırdır. Ağırlık 2 sıfırdır.
  2. Düzgün olmayan bir yerçekimi alanında: Sadece yerçekimi altında, vücudun bir kısmı diğer kısımdan farklı bir ivmeye sahip olabilir. Bu, gövde deformasyona direnirse, gövdeyi deforme etme ve iç gerilimler oluşturma eğiliminde olacaktır. Ağırlık 2 , 0 değil.

Gerilimin ağırlığın bir göstergesi olarak kullanılmasına ilişkin bu tartışma boyunca, bir vücut içinde bir parçaya başka bir parça tarafından uygulanan bir kuvvetin neden olduğu herhangi bir ön gerilim ilgili değildir. Tek ilgili gerilmeler , gövdeye uygulanan dış kuvvetler tarafından oluşturulanlardır .

Günlük karasal deneyimde "ağırlık" hissinin tek başına hareket eden (hissedilmeyen) yerçekiminden değil, yerçekimine direnen mekanik kuvvetlerden kaynaklandığı anlaşılmadıkça, "ağırlıksızlık"ın tanımı ve kullanımı zordur. Düz bir serbest düşüşte veya daha karmaşık bir serbest düşüş atalet yörüngesinde (örneğin, yerçekimi azaltılmış bir uçakta veya bir uzay istasyonunda) bulunan bir nesne, ağırlık hissine neden olan mekanik kuvvetleri deneyimlemedikleri için ağırlıksızlık yaşarlar. ağırlık.

Yerçekimi dışındaki kuvvet alanları

Yukarıda belirtildiği gibi, ağırlıksızlık şu durumlarda meydana gelir:

  1. cisme herhangi bir sonuç kuvveti etki etmez
  2. düzgün yerçekimi yalnızca kendi başına hareket eder.

Bütünlük adına, 3. bir minör olasılık eklenmelidir. Bu, bir cismin yerçekimi olmayan ancak nesne üzerindeki kuvvetin nesnenin kütlesi boyunca düzgün bir şekilde dağıldığı bir alana tabi olabileceğidir . Düzgün bir elektrik alanında, düzgün bir şekilde yüklü, elektrik yüklü bir cisim olası bir örnektir. Buradaki elektrik yükü, olağan yerçekimi yükünün yerini alır. Böyle bir vücut daha sonra stressiz olacak ve ağırlıksız olarak sınıflandırılacaktır. En azından yaklaşık olarak, çeşitli havaya yükselme türleri bu kategoriye girebilir.

Ağırlıksızlık ve uygun hızlanma

Dünyanın yüzeyine yakın serbest düşüşte (tanım gereği aerodinamik kuvvetler gerektirmeyen) bir cisim, dünyaya bağlı bir koordinat çerçevesine göre yaklaşık olarak 9.8 m/s 2 (32 ft/s 2 )'ye eşit bir ivmeye sahiptir . Gövde serbest düşen bir asansördeyse ve asansörden veya içeriğinden herhangi bir itme veya çekme işlemine maruz kalmıyorsa, asansöre göre ivme sıfır olacaktır. Öte yandan, cisim asansör içindeki diğer cisimler tarafından uygulanan kuvvetlere maruz kalırsa, serbest düşen asansöre göre bir ivmeye sahip olacaktır. Yerçekiminden kaynaklanmayan bu ivmeye " uygun ivme " denir . Bu yaklaşımda, ağırlıksızlık, uygun ivme sıfır olduğunda geçerlidir.

Ağırlıksızlıktan kurtulmanın yolları

Ağırlıksızlık, tek tip olmayan bir kuvvetin hareket ettiği mevcut insan deneyimleriyle çelişir, örneğin:

Bir cismin ağırlıksız olmadığı durumlarda, yukarıdaki örneklerde olduğu gibi, söz konusu cisme eşit olmayan bir kuvvet etki eder. Aerodinamik kaldırma, sürükleme ve itme tekdüze olmayan kuvvetlerdir (bir nesnenin tüm kütlesine etki etmekten ziyade bir noktaya veya yüzeye uygulanırlar) ve böylece ağırlık olgusunu yaratırlar. Bu tekdüze olmayan kuvvet, aynı zamanda, Dünya yüzeyi ile kişinin ayakları arasındaki veya bir paraşüt koşum takımı ile kişinin vücudu arasındaki temas gibi, ikinci bir nesne ile temas noktasındaki bir nesneye iletilebilir.

gelgit kuvvetleri

Bir kara deliğin yakınında serbest düşüşte elastik bir ip ile birleştirilen iki sert küp. Gövde sağa doğru düştükçe ip uzar.

Gelgit kuvvetleri , yerçekimi alanı tekdüze olmadığında ve yerçekimi gradyanları mevcut olduğunda ortaya çıkar . Gerçekten de norm budur ve kesin olarak söylemek gerekirse, sonlu büyüklükteki herhangi bir nesne, serbest düşüşte bile gelgit etkilerine tabidir. Bunlar, cismin tek bir aday noktası dışında, atalet hareketiyle ortadan kaldırılamaz. Dünya serbest düşüşte ama gelgitlerin varlığı, onun düzgün olmayan bir yerçekimi alanında olduğunu gösteriyor. Bu düzensizlik güneşten çok aydan kaynaklanmaktadır. Güneşten kaynaklanan toplam yerçekimi alanı, ayınkinden çok daha güçlüdür, ancak ilgili mesafeler nedeniyle ayınkiyle karşılaştırıldığında küçük bir gelgit etkisi vardır. Dünyanın 1 ağırlığı esasen güneşin yerçekiminden kaynaklanmaktadır. Ancak gelgitlerle temsil edilen stres ve deformasyon durumu, daha çok yakındaki ayın yerçekimi alanındaki düzensizlikten kaynaklanmaktadır. Göz önünde bulundurulan bir bölgenin boyutu, çekim kütlesine olan mesafesine göre küçük olduğunda, düzgün yerçekimi alanı varsayımı iyi bir yaklaşıklık sağlar. Bu nedenle, bir kişi Dünya'nın yarıçapına göre küçüktür ve bir kişinin dünya yüzeyindeki alanı yaklaşık olarak eşittir. Alan kesinlikle tek tip değildir ve mikro yerçekimi fenomeninden sorumludur . Bir kara deliğin yakınındaki nesneler , oldukça düzgün olmayan bir yerçekimi alanına tabidir.

Referans çerçeveleri

Tüm eylemsiz referans çerçevelerinde ağırlıksızlık yaşanırken, çerçeve içinde lokal olarak Newton'un birinci hareket yasasına uyulur . Çerçevenin içinde (örneğin, yörüngede dönen bir geminin veya serbest düşen bir asansörün içinde), zorlanmayan nesneler çerçeveye göre hızlarını korurlar. Diğer nesnelerle temas halinde olmayan nesneler serbestçe "yüzer". Eylemsizlik yörüngesi yerçekiminden etkilenirse, referans çerçevesi yerçekimi çekiminin dışında bir konumdan görüldüğü gibi hızlandırılmış bir çerçeve olacaktır ve (uzaktan bakıldığında) çerçevedeki nesneler (asansör vb.) bir kuvvetin etkisi (sözde yerçekimi kuvveti). Belirtildiği gibi, yalnızca yerçekimine maruz kalan nesneler etkilerini hissetmezler. Bu nedenle ağırlıksızlık, genellikle yanlışlıkla parabolik uçuş olarak adlandırılan belirli bir eliptik uçuş yolunu izleyen bir uçakta kısa süreler için gerçekleştirilebilir. Bir su tankına daldırma gibi nötr yüzdürme koşullarında birçok farklılıkla kötü bir şekilde simüle edilmiştir.

Sıfır-g, "sıfır yerçekimi", ivmeölçerler

Sıfır-g, ağırlıksızlık için alternatif bir terimdir ve örneğin serbest düşen bir asansörde geçerlidir. Sıfır-g, yerçekiminin tamamen yokluğundan kurnazca farklıdır, bu evrenin her yerinde yerçekiminin varlığı nedeniyle imkansız olan bir şeydir. "Sıfır-yerçekimi", gelgit etkilerini ihmal ederek, etkili ağırlıksızlık anlamında da kullanılabilir. Mikro yerçekimi (veya µg ), büyük ölçüde ağırlıksız olan, ancak yukarıda tartışıldığı gibi, gelgit etkileri nedeniyle nesneler içindeki g-kuvveti gerilmelerinin, Dünya yüzeyindekinin milyonda biri civarında olduğu durumları belirtmek için kullanılır . İvmeölçerler yalnızca g-kuvvetini, yani ağırlık 2'yi (= kütle × uygun ivme) algılayabilir . Serbest düşüşle ilişkili ivmeyi tespit edemezler.

Ağırlık hissi

Ayaklara uygulanan kuvvet, göbek deliğinden geçen enine kesite uygulanan kuvvetin yaklaşık iki katıdır.

İnsanlar kendi vücut ağırlıklarını bu destek kuvvetinin bir sonucu olarak deneyimlerler ve bu, kişinin üzerinde durduğu veya oturduğu bir destek nesnesinin yüzeyi tarafından kişiye uygulanan normal bir kuvvet ile sonuçlanır. Bu kuvvetin yokluğunda, bir kişi serbest düşüşte olacak ve ağırlıksızlık yaşayacaktı. Bu reaksiyon kuvvetinin insan vücuduna iletilmesi ve bunun sonucunda vücut dokularının sıkışması ve gerilmesi , ağırlık hissi ile sonuçlanır.

Kütlenin bir kişinin vücudundaki dağılımı nedeniyle, tepki kuvvetinin büyüklüğü bir kişinin ayakları ve başı arasında değişir. Bir kişinin vücudunun herhangi bir yatay kesitinde (herhangi bir kolonda olduğu gibi ), kesitin altındaki dokuların direndiği sıkıştırma kuvvetinin boyutu, vücudun kesitin üzerindeki kısmının ağırlığına eşittir. Ekteki çizimde benimsenen pozda, omuzlar uzanmış kolların ağırlığını taşır ve önemli bir torka tabidir.

Yaygın bir yanlış anlama

Dünyanın yörüngesinde dönen uzay araçlarıyla ilgili yaygın bir anlayış, yerçekimi olmayan bir ortamda çalıştıklarıdır. Einstein'ın genel görelilik fiziğinde, Newton fiziğinde bunu anlamlandırmanın bir yolu olsa da, bu teknik olarak yanlıştır.

Ekvator üzerinde işaretlenmiş bir noktanın üzerinde yer sabit bir uydu. İşaretli noktadaki bir gözlemci, gökyüzünü tarayan diğer göksel nesnelerin aksine, uydunun doğrudan tepede kaldığını görecektir.

Uzay araçları yörüngede oldukları gezegenin yerçekimi tarafından yörüngede tutulur. Newton fiziğinde, astronotların yaşadığı ağırlıksızlık hissi, sıfır yerçekimi ivmesinin (Dünya'dan görüldüğü gibi) değil , serbest düşme koşulu nedeniyle bir astronotun hissedebileceği hiçbir g-kuvvetinin olmamasının sonucudur , ve ayrıca uzay aracının ivmesi ile astronotun ivmesi arasında sıfır fark vardır. Uzay gazetecisi James Oberg olayı şu şekilde açıklıyor:

Uyduların "Dünya'nın yerçekiminden kurtuldukları" için yörüngede kaldıkları efsanesi, yörüngedeki uzay araçlarında serbest düşme koşullarını tanımlamak için "sıfır yerçekimi" kelimesinin neredeyse evrensel olarak yanlış kullanımıyla daha da (ve yanlış olarak) sürdürülüyor. Elbette bu doğru değil; uzayda yerçekimi hala var. Uyduların doğrudan yıldızlararası boşluğa uçmasını engeller. Eksik olan "ağırlık", sabitlenmiş bir yapı veya bir karşı kuvvet tarafından yerçekimi çekiminin direncidir. Uydular, yerçekimi tarafından kaçınılmaz olarak Dünya'ya doğru çekilirken, "ufkun ötesine" düşmelerine izin veren muazzam yatay hızları nedeniyle uzayda kalırlar. Dünyanın yuvarlak yüzeyi boyunca yerin kavisli çekilmesi, uyduların yere doğru düşüşünü dengeler. Hız, konum veya yerçekimi eksikliği değil, uyduları dünyanın yörüngesinde tutar.

Bu bağlamda, bir yerdurağan uydu özellikle ilgi çekicidir. Gökyüzünde yükselen ve batan diğer nesnelerin aksine, sabit bir yörüngedeki bir nesne gökyüzünde hareketsiz görünür ve görünüşe göre yerçekimine meydan okur. Aslında, bir günlük periyodu olan dairesel bir ekvator yörüngesindedir.

görelilik

Einstein'ın genel görelilik kuramıyla çalışan modern bir fizikçi için durum yukarıda önerilenden daha da karmaşıktır. Einstein'ın teorisi, ataletsel hareket halindeki nesnelerin (asansöre düşmek veya bir uçaktaki bir parabolün içine düşmek veya bir gezegenin yörüngesinde dolanmak gibi) gerçekten de kütle çekim alanında yerel bir kayıp yaşadığını düşünmenin gerçekten geçerli olduğunu ileri sürer . onların dinlenme çerçevesi. Bu nedenle, astronotun veya yörüngedeki geminin bakış açısında (veya çerçevesinde), herhangi bir kütleden uzakta, uzayda olduğu gibi, gerçekte neredeyse sıfıra yakın uygun ivme (yerel olarak hissedilen ivme) vardır. Bu nedenle, bu tür durumlarda yerçekimi alanının çoğunun, düşen gözlemcinin bakış açısından, tıpkı konuşma dilindeki görüşün önerdiği gibi, aslında mevcut olmadığını düşünmek geçerlidir (bu noktanın daha kapsamlı bir açıklaması için eşdeğerlik ilkesine bakın ). Bununla birlikte, düşen veya yörüngedeki gözlemci için bu yerçekimi kaybı, Einstein'ın teorisinde, düşen hareketin kendisinden kaynaklanmaktadır ve (yine Newton'un teorisinde olduğu gibi) Dünya'dan artan mesafeden dolayı değil. Bununla birlikte, yerçekimi yine de yok olarak kabul edilir. Aslında, Einstein'ın, diğer tüm kuvvetler ortadan kaldırıldığında saf bir yerçekimi etkileşiminin hissedilemeyeceğinin farkına varması, onu yerçekimi "kuvvetinin" bazı yönlerden varolmadığı görüşüne götüren temel içgörüydü. Aksine, nesneler kavisli uzay-zamanda jeodezik yolları takip etme eğilimindedir ve bu, uzay-zamanın "düz" olduğunu varsayan "Newtoncu" gözlemciler tarafından bir kuvvet olarak "açıklanır" ve bu nedenle kavisli yollar için bir nedeni yoktur. (yani, bir yerçekimi kaynağının yakınındaki bir nesnenin "düşme hareketi").

Genel görelilik kuramında, düşen bir yolu veya yerçekimi yapan bir cismin yakınında "atalet" yolunu izleyen gözlemci için kalan tek yerçekimi, düşen gözlemci için bile yerçekimi alanında kalan düzensizliklerden kaynaklanandır. . Newton dinamiğinde basit bir gelgit etkisi olan bu tekdüze olmama, kompakt bir kütleden kaynaklanan herhangi bir doğal yerçekimi alanına düşen, uzaysal olarak genişlemiş tüm cisimler tarafından hissedilen " mikro yerçekimi"ni oluşturur . Bu gelgit etkilerinin nedeni, böyle bir alanın kökeninin merkezi bir yerde (yoğun kütle) olması ve bu nedenle kütleden uzaklığa göre ayrılacak ve kuvvetinde hafif değişiklik gösterecektir. Bu nedenle, düşen veya yörüngedeki nesnenin genişliği boyunca değişecektir. Bu nedenle, Newtoncu görüşten aşırı teknik bir terim olan "mikro yerçekimi" terimi, genel görelilikçi (Einsteincı) görüşte geçerli ve açıklayıcı bir terimdir.

mikro yerçekimi

Ana madde: Mikro-g ortamı

Mikro-g ortamı terimi (aynı zamanda µg , genellikle mikro yerçekimi terimi ile anılır ), aşağı yukarı ağırlıksızlık ve sıfır-G ile eşanlamlıdır , ancak g-kuvvetlerinin tam olarak sıfır olmadığını, sadece çok küçük olduğunu gösterir.

Ağırlıksız ve azaltılmış ağırlık ortamları

Sıfır yerçekimi uçuş manevrası

Uçakta azaltılmış ağırlık

Ana madde: Yerçekimi azaltılmış uçak

Uçaklar 1959'dan beri astronotları eğitmek, araştırma yapmak ve sinema filmleri çekmek için neredeyse ağırlıksız bir ortam sağlamak için kullanılmaktadır. Bu tür uçaklara genellikle " Kusma Kuyruklu Yıldızı " takma adı verilir .

Ağırlıksız bir ortam yaratmak için uçak, altı mil uzunluğunda bir parabolik yay çizerek uçar , önce tırmanır, sonra motorlu bir dalışa girer. Ark sırasında, uçağın tahriki ve yönlendirilmesi, uçaktaki sürüklenme (hava direnci) iptal edilecek ve uçağın bir boşlukta serbest düşüyormuş gibi davranmasını sağlayacak şekilde kontrol edilir. Bu süre boyunca, uçağın yolcuları, parabolden çekilme sırasında yaklaşık 22 saniye 1.8 g hızlanma (normal ağırlıklarının neredeyse iki katı) deneyimlemeden önce 22 saniye ağırlıksızlık yaşarlar . Tipik bir uçuş, 30 parabolün uçtuğu yaklaşık iki saat sürer.

NASA'nın KC-135A uçağı sıfır yerçekimi manevrası için yükseliyor

NASA'nın Azaltılmış Yerçekimi Uçağı

Bu tür uçakların versiyonları , resmi olmayan takma adın geldiği 1973'ten beri NASA'nın Azaltılmış Yerçekimi Araştırma Programı tarafından işletilmektedir . NASA daha sonra yayın için 'Weightless Wonder' resmi takma adını benimsedi. NASA'nın akım Azaltılmış Yerçekimi Aircraft, "Ağırlıksız Wonder VI", bir McDonnell Douglas C-9 , de dayanır Ellington Field yakın (KEFD), Lyndon B. Johnson Uzay Merkezi'nde .

NASA'nın Mikro Yerçekimi Üniversitesi - Azaltılmış Yerçekimi Öğrenci Uçuş Fırsatları Programı olarak da bilinen Azaltılmış Yerçekimi Uçuş Fırsatları Planı, lisans öğrencileri ekiplerinin bir mikro yerçekimi deney önerisi sunmasına izin verir. Seçilirse, ekipler deneylerini tasarlar ve uygular ve öğrenciler NASA'nın Kusmuk Kuyruklu Yıldızı üzerinde uçmaya davet edilir.

Avrupa Uzay Ajansı A310 Zero-G

Avrupa Uzay Ajansı özel olarak modifiye üzerine parabolik uçuş uçar Airbus A310-300 mikrogravite araştırma gerçekleştirmek üzere, uçak. Aynı zamanda Avrupa ESA , Fransız CNES ve Alman DLR uçuş kampanyaları , uçuş başına toplam yaklaşık 10 dakika ağırlıksızlık için her biri yaklaşık 30 parabol uçan ardışık günlerde üç uçuşla uçuyor. Bu kampanyalar şu anda çalıştırılır Mérignac Havaalanı - Bordo içinde Fransa'nın şirketi tarafından Novespace , Fransız bir yan CNES uçağı DGA ESSAIS tr Vol test pilotları tarafından uçakla iken,. İlk ESA Zero-G uçuşları 1984'te Houston , Teksas'ta bir NASA KC-135 uçağı kullanılarak yapıldı . Mayıs 2010 itibariyle, ESA 52 kampanya ve ayrıca 9 öğrenci parabolik uçuş kampanyası gerçekleştirdi.

Kullandığı diğer uçaklar arasında Novespace'i kurmadan önce Rus Ilyushin Il-76 MDK ve daha sonra bir Fransız Caravelle , ardından bir Airbus A300 Zero-G ve şimdi bir Airbus A310 kullanıldı.

Kamu yolcuları için ticari uçuşlar

Gagarin Kozmonot Eğitim Merkezinin Rus Ilyushin 76MDK'sinin İçinde

Novespace, 2012 yılında Air Zero G'yi, bilimsel deneyimlerde kullanılanla aynı A310 ZERO-G'yi kullanarak uçuş başına 40 kamu yolcusuna ağırlıksızlık deneyimini paylaşmak için yarattı. Avico tarafından satılan bu uçuşlar, çoğunlukla Bordeaux-Merignac , Fransa'dan gerçekleştirilir ve Avrupa uzay araştırmalarını teşvik etmeyi amaçlar ve kamu yolcularının ağırlıksız hissetmelerini sağlar. Novespace ve ESA astronotu Başkanı Jean-François Clervoy , A310 Zero-G'de Air Zero G bir günlük astronotlarla uçuyor. Uçuştan sonra uzay arayışını anlatıyor ve kariyeri boyunca yaptığı 3 uzay yolculuğunu anlatıyor. Uçak aynı zamanda sinema amaçlı olarak da kullanılmış, Tom Cruise ve Annabelle Wallis 2017'de Mumya için .

Sıfır ağırlık Corporation, Peter Diamandis Byron Lichtenberg'in ve Ray Cronise tarafından 1993 yılında kurulmuş, modifiye edilmiş bir faaliyet Boeing 727 ağırlıksız 25-30 saniye oluşturmak için parabolik arklar uçar. Uçuşlar hem turizm hem de araştırma amaçlı satın alınabilir.

Yere dayalı bırakma tesisleri

NASA Sıfır Yerçekimi Araştırma Tesisinde sıfır yerçekimi testi

Araştırma amaçları için ağırlıksız koşullar üreten zemine dayalı tesislere tipik olarak düşürme tüpleri veya düşme kuleleri denir .

NASA'nın Sıfır Yerçekimi Araştırma Merkezi bulunan, Glenn Araştırma Merkezi içinde Cleveland, Ohio , bir deney araç bir süre için serbest düşüş olabilir hangi ayrılmaz bir vakum damla odasına sahip, büyük ölçüde yer altında, 145 metrelik dikey şaft olduğunu 5.18 saniye, 132 metrelik bir mesafeye düşüyor. Deney aracı, yaklaşık 4,5 metre genleşmiş polistiren peletinde durdurulur ve 65 g'lık bir tepe yavaşlama oranı yaşar .

Ayrıca NASA Glenn'de 24,1 metrelik bir düşme mesafesine sahip olan 2.2 İkinci Düşme Kulesi bulunmaktadır. Hava sürtünmesinin etkilerini azaltmak için deneyler bir sürükleme kalkanına bırakılır. Tüm paket, yaklaşık 20 g'lık bir tepe yavaşlama hızında, 3,3 metre yüksekliğindeki bir hava yastığında durdurulur . Sıfır Yerçekimi Tesisi günde bir veya iki damla gerçekleştirirken, 2.2 İkinci Düşme Kulesi günde on iki damlaya kadar yapabilir.

NASA'nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi , 105 metre yüksekliğinde ve vakuma yakın koşullarda 4,6 saniyelik serbest düşüş sağlayan başka bir damla tüp tesisine ev sahipliği yapıyor .

Düşme odasının yaşadığı yavaşlama muhtemelen onları kullanan herkesi öldürecek veya ciddi şekilde yaralayacağından, insanlar bu yerçekimi şaftlarını kullanamazlar; 20 g , zinde ve sağlıklı bir insanın yaralanmadan anlık olarak dayanabileceği en yüksek yavaşlamadır.

Dünya çapındaki diğer bırakma tesisleri şunları içerir:

nötr yüzdürme

Ağırlıksızlıkta bazılarına benzer koşullar, insan deneklerin ve ekipmanın bir su ortamına yerleştirildiği ve yerinde durana kadar ağırlıklandırıldığı veya yüzdüğü nötr yüzdürme koşulu yaratılarak da simüle edilebilir . NASA , Nötr Yüzdürme Laboratuvarı'nda araç dışı aktiviteye (EVA) hazırlanmak için nötr yüzdürme kullanır . Nötr yüzdürme ayrıca EVA araştırma için kullanılan Maryland Üniversitesi 'nin Uzay Sistemleri Laboratuvarı bir kolej veya üniversitede sadece nötr yüzdürme tankı çalışır.

Nötr yüzdürme, ağırlıksızlık ile aynı şey değildir. Yerçekimi hala nötr bir yüzdürme tankındaki tüm nesnelere etki eder; bu nedenle, nötr yüzdürme eğitimindeki astronotlar, bir su yatağında veya sadece suda yüzerken bir insan vücuduna uygulanan kuvvete benzer şekilde, ağırlık iyi dağılmış olmasına rağmen, hala tüm vücut ağırlıklarını uzay giysileri içinde hissederler. Takım elbise ve astronot birlikte, yüzen veya nötr yüzdürme gücünde bir tüplü dalgıç gibi suda desteklenen herhangi bir nesne için net bir kuvvet altında değildir. Su ayrıca vakumda olmayan sürtünmeyi de üretir. Bu anlamda ağırlıksızlık, yoğunluğu sıfır olan bir ortamdaki nötr kaldırma kuvvetine veya herhangi bir yoğunluğa sahip bir ortamın kütle merkezindeki nötr kaldırma kuvvetine eşdeğer olacaktır.

Bir uzay gemisinde ağırlıksızlık

Yörüngeli bir uzay aracında ivme ve hız vektörleri arasındaki ilişki
ABD'li astronot Marsha Ivins , STS-98 sırasında ağırlıksızlığın uzun saç üzerindeki etkisini gösteriyor

Herhangi bir itme kuvveti uygulanmaması ve aracın dönmemesi koşuluyla, bir gezegenin atmosferinin dışındaki uzay aracında uzun süre ağırlıksızlık meydana gelir . Bir uzay aracı motorlarını ateşlerken veya atmosfere yeniden girerken ortaya çıkan ivme sabit olsa bile ağırlıksızlık oluşmaz. Motorların sağladığı itme kuvveti, uzay aracına tekdüze davranmak yerine roket nozülünün yüzeyine etki eder ve uzay aracının yapısı aracılığıyla sıkıştırma ve çekme kuvvetleri aracılığıyla içerideki nesnelere veya insanlara iletilir.

Yörüngedeki bir uzay aracındaki ağırlıksızlık , fiziksel olarak serbest düşüşle aynıdır; yerçekimi ivmesinin , uzay aracının hızının büyüklüğünden ziyade yönünde net bir değişikliğe neden olması farkıyla . Bunun nedeni, ivme vektörünün hız vektörüne dik olmasıdır.

Tipik serbest düşüşte, yerçekimi ivmesi, bir nesnenin hızının yönü boyunca hareket eder, Dünya'ya doğru düşerken hızını doğrusal olarak arttırır veya Dünya'dan uzaklaşıyorsa yavaşlatır. Yerçekimi kuvvetine büyük ölçüde dik bir hız vektörüne sahip yörüngeli bir uzay aracı durumunda , yerçekimi ivmesi nesnenin hızında net bir değişiklik oluşturmaz, bunun yerine merkezcil olarak hareket eder, uzay aracının hızını hareket ettikçe sürekli olarak "döndürmek" için. dünyanın çevresinde. İvme vektörü, hız vektörü ile birlikte döndüğü için birbirlerine dik kalırlar. Hız vektörünün yönündeki bu değişiklik olmadan, uzay aracı Dünya'yı tamamen terk ederek düz bir çizgide hareket edecekti.

Bir gezegenin merkezinde ağırlıksızlık

Küresel simetrik bir gezegenden kaynaklanan net yerçekimi kuvveti merkezde sıfırdır. Bu, simetri nedeniyle ve ayrıca , örneğin içi boş bir top gibi küresel simetrik bir kabuğa bağlı net yerçekimi kuvvetinin, oyuk uzayın herhangi bir yerinde sıfır olduğunu belirten Newton'un kabuk teoreminden açıktır. Böylece merkezdeki malzeme ağırlıksızdır.

İnsan sağlığına etkileri

Ana maddeler: Uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki etkisi ve Uzay tıbbı
Astronot Clayton Anderson , Discovery'de önünde büyük bir su damlası yüzerken. Uyum uzayda daha büyük bir rol oynar.

Uzun süreler boyunca yaşanabilecek uzay istasyonlarının ortaya çıkmasının ardından, ağırlıksızlığa maruz kalmanın insan sağlığı üzerinde bazı zararlı etkileri olduğu kanıtlanmıştır. İnsanlar, Dünya yüzeyindeki fiziksel koşullara iyi adapte olmuşlardır. Uzun bir ağırlıksızlık dönemine yanıt olarak, çeşitli fizyolojik sistemler değişmeye ve körelmeye başlar. Bu değişiklikler genellikle geçici olsa da, uzun vadeli sağlık sorunları ortaya çıkabilir.

İnsanların ağırlıksızlığın ilk saatlerinde yaşadığı en yaygın sorun, uzay adaptasyon sendromu veya yaygın olarak uzay tutması olarak adlandırılan SAS olarak bilinir. SAS semptomları arasında bulantı ve kusma , vertigo , baş ağrısı , uyuşukluk ve genel halsizlik sayılabilir . İlk SAS vakası 1961'de kozmonot Gherman Titov tarafından rapor edildi . O zamandan beri, uzayda uçan tüm insanların yaklaşık %45'i bu durumdan muzdarip. Uzay hastalığının süresi değişkendir, ancak hiçbir durumda vücut yeni ortama alıştıktan sonra 72 saatten fazla sürmez. NASA şaka yollu bir şekilde SAS'ı , STS-51-D sırasındaki SAS'ı kayıtlardaki en kötü olan ABD Senatörü Jake Garn'ın adını taşıyan "Garn ölçeği" kullanarak ölçer . Buna göre, bir "Garn", olası en ciddi SAS vakasına eşdeğerdir.

Uzun süreli ağırlıksızlığın en önemli yan etkileri kas atrofisi ( daha fazla bilgi için uzayda azalan kas kütlesi, gücü ve performansı bölümüne bakınız ) ve iskeletin bozulması veya uzay uçuşu osteopenidir . Bu etkiler, örneğin bisiklete binme gibi bir egzersiz rejimi ile en aza indirilebilir. Uzun süre ağırlıksız kalan astronotlar, bacak kemiklerini sıkıştırmak ve osteopeniyi azaltmak için bel ve manşetlerin arasına elastik bantlar takılan pantolonlar giyerler. Diğer önemli etkiler arasında sıvının yeniden dağılımı (ağırlıksız durumdaki astronotların resimlerinde tipik olan "ay yüzü" görünümüne neden olur), yerçekimi eksikliğine yanıt olarak kan akışı azaldıkça kardiyovasküler sistemin yavaşlaması , kırmızı kan hücrelerinin üretiminde azalma , denge bozuklukları ve bağışıklık sisteminin zayıflaması . Daha az semptomlar vücut kütlesi kaybı, burun tıkanıklığı, uyku bozukluğu, aşırı gaz ve yüzde şişkinliği içerir. Bu etkiler, Dünya'ya döndükten sonra hızla tersine dönmeye başlar.

Ayrıca uzun uzay uçuş görevlerinden sonra astronotlar ciddi görme sorunları yaşayabilirler . Bu tür görme sorunları, Mars gezegenine mürettebatlı bir görev de dahil olmak üzere gelecekteki derin uzay uçuş misyonları için büyük bir endişe kaynağı olabilir . Yüksek düzeyde radyasyona maruz kalmak da ateroskleroz gelişimini etkileyebilir.

31 Aralık 2012 tarihinde, bir NASA çalışması olduğunu bildirdi -Desteklenen insan uzay uçuşu zarar verebilir beyinleri arasında astronotların ve başlangıcını hızlandırmak Alzheimer hastalığı . Ekim 2015'de, Genel Müfettiş NASA Ofisi bir yayınlanan tehlikeleri rapor sağlığını ilgili insan uzay uçuşu bir de dahil olmak üzere, insan misyon için Mars .

İnsan dışı organizmalar üzerindeki etkiler

Ana maddeler: Uzay uçuşunun insan vücudu üzerindeki etkisi , Enfeksiyon , Uzay uçuşu sırasında tıbbi tedavi ve Uzay tıbbı

Rus bilim adamları, uzayda tasarlanan hamamböcekleri ile karadaki muadilleri arasındaki farklılıkları gözlemlediler. Uzayda tasarlanmış hamamböcekleri daha hızlı büyüdüler ve aynı zamanda daha hızlı ve daha dayanıklı hale geldiler.

Döllenmeden iki gün sonra mikro yerçekimine konulan tavuk yumurtaları düzgün gelişmezken, mikro yerçekimine döllenmeden bir hafta sonra konan yumurtalar normal şekilde gelişir.

2006 Uzay Mekiği deneyi , gıda zehirlenmesine neden olabilen bir bakteri olan Salmonella typhimurium'un uzayda yetiştirildiğinde daha öldürücü hale geldiğini buldu. 29 Nisan 2013 tarihinde, tarafından finanse Rensselaer Polytechnic Institute, bilim adamları NASA sırasında bildirmiştir uzay uçuşu üzerindeki Uluslararası Uzay İstasyonu , mikroplar uyum görünmektedir uzay ortamında "Yeryüzünde gözlenmedi" yollarla ve "yol açabileceğini şekillerde büyüme ve virülansta artışa ".

Belirli test koşulları altında, mikropların uzayın neredeyse ağırlıksızlığında geliştikleri ve uzay boşluğunda hayatta kaldıkları gözlemlendi .

Sıfır yerçekiminde teknik adaptasyon

Yörünge koşullarında (sağda) ve Dünya'da (solda) mum alevi

Ağırlıksızlık, özellikle çok hareketli parçalardan oluşan teknik aletlerde ciddi sorunlara neden olabilir. Bir cismin ağırlığına bağlı olan fiziksel süreçler ( konveksiyon , pişirme suyu veya yanan mumlar gibi) serbest düşüşte farklı davranır. Uyum ve adveksiyon uzayda daha büyük bir rol oynar. Adaptasyon olmadan yıkamak veya tuvalete gitmek gibi günlük işler mümkün değildir. Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki gibi uzayda tuvalet kullanmak için astronotların kendilerini koltuğa bağlamaları gerekiyor. Bir fan, atıkların uzaklaştırılması için emiş oluşturur. İçme pipet veya tüplerle desteklenir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar

Wikimedia Commons'ta Ağırlıksızlık ile ilgili Vikisözlük Medyasında sıfır yerçekiminin sözlük tanımı