Hata mtu asiyependa mambo ya anga amewahi kuona filamu kuhusu usafiri wa anga au kusoma kuhusu mambo kama hayo kwenye vitabu. Karibu katika kazi zote hizo, watu hutembea karibu na meli, hulala kawaida, na hawana shida na kula. Hii ina maana kwamba hizi - za kubuni - meli zina mvuto wa bandia. Watazamaji wengi wanaona hii kama kitu cha asili kabisa, lakini sivyo kabisa.
Mvuto Bandia
Hili ndilo jina la badiliko (kwa upande wowote) la mvuto ambalo tunalifahamu kwa kutumia mbinu mbalimbali. Na hii inafanywa sio tu katika kazi nzuri, lakini pia katika hali halisi za kidunia, mara nyingi kwa majaribio.
Kwa nadharia, uundaji wa mvuto wa bandia hauonekani kuwa mgumu sana. Kwa mfano, inaweza kuundwa upya kwa msaada wa inertia, kwa usahihi, nguvu ya centrifugal. Haja ya nguvu hii haikutokea jana - ilitokea mara moja, mara tu mtu alipoanza kuota ndege za anga za muda mrefu. Uumbajimvuto wa bandia katika nafasi itafanya iwezekanavyo kuepuka matatizo mengi yanayotokea wakati wa kukaa kwa muda mrefu katika uzito. Misuli ya wanaanga inadhoofika, mifupa inakuwa na nguvu kidogo. Kusafiri katika hali kama hizi kwa miezi kadhaa, unaweza kupata kudhoofika kwa baadhi ya misuli.
Kwa hivyo, leo uundaji wa mvuto wa bandia ni kazi ya umuhimu mkubwa, uchunguzi wa anga bila ujuzi huu hauwezekani.
Nyenzo
Hata wale wanaojua fizikia katika kiwango cha mtaala wa shule pekee wanaelewa kuwa nguvu ya uvutano ni mojawapo ya sheria za kimsingi za ulimwengu wetu: miili yote huingiliana, ikipata mvuto wa kuheshimiana / kukataliwa. Kadiri mwili unavyokuwa mkubwa ndivyo nguvu yake ya mvuto inavyoongezeka.
Dunia kwa ukweli wetu ni kitu kikubwa sana. Ndiyo maana, bila ubaguzi, miili yote inayomzunguka inavutiwa nayo.
Kwetu sisi, hii inamaanisha kasi ya kuanguka bila malipo, ambayo kwa kawaida hupimwa kwa g, sawa na mita 9.8 kwa kila sekunde ya mraba. Hii ina maana kwamba kama hatungekuwa na msaada chini ya miguu yetu, tungeanguka kwa kasi inayoongezeka kwa mita 9.8 kila sekunde.
Hivyo, shukrani pekee kwa mvuto tunaweza kusimama, kuanguka, kula na kunywa kama kawaida, kuelewa ni wapi juu, wapi chini. Nguvu ya uvutano ikitoweka, tutakuwa katika mvuto sifuri.
Wanaanga wanaojipata angani katika hali ya kupaa - kuanguka bila malipo wanafahamu jambo hili hasa.
Kinadharia, wanasayansi wanajua jinsi ya kuunda mvuto bandia. Zipombinu kadhaa.
Misa Kubwa
Chaguo la kimantiki zaidi ni kufanya chombo cha anga za juu kuwa kikubwa na kiwe na mvuto bandia. Itawezekana kujisikia vizuri kwenye meli, kwani uelekeo wa anga hautapotea.
Kwa bahati mbaya, mbinu hii iliyo na maendeleo ya kisasa ya teknolojia si ya kweli. Kujenga kitu kama hicho kunahitaji rasilimali nyingi sana. Kwa kuongeza, itahitaji kiasi cha ajabu cha nishati ili kuinua.
ongeza kasi
Inaonekana kuwa ikiwa unataka kupata g sawa na ya dunia, unahitaji tu kuipa meli umbo tambarare (jukwaa) na kuifanya isogee moja kwa moja kwa ndege kwa kuongeza kasi unayotaka. Kwa njia hii, mvuto wa bandia utapatikana, na bora zaidi.
Hata hivyo, ukweli ni mgumu zaidi.
Kwanza kabisa, inafaa kuzingatia suala la mafuta. Ili kituo kiweze kuharakisha kila wakati, ni muhimu kuwa na usambazaji wa umeme usioingiliwa. Hata injini ikitokea ghafla ambayo haitoi mada, sheria ya uhifadhi wa nishati itaendelea kutumika.
Tatizo la pili ni wazo lenyewe la kuongeza kasi ya mara kwa mara. Kulingana na maarifa na sheria zetu za kimaumbile, haiwezekani kuharakisha hadi ukomo.
Aidha, magari kama hayo hayafai kwa misheni ya utafiti, kwa kuwa lazima yaongeze kasi kila wakati - kuruka. Hataweza kusimama ili kuisoma sayari, hataweza hata kuruka polepole kuizunguka - anahitaji kuongeza kasi.
Kwa hiyoKwa hivyo, inakuwa wazi kwamba mvuto huo wa bandia bado haupatikani kwetu.
Carousel
Kila mtu anajua jinsi mzunguko wa jukwa unavyoathiri mwili. Kwa hivyo, kifaa cha mvuto bandia kulingana na kanuni hii kinaonekana kuwa cha kweli zaidi.
Kila kitu ambacho kiko katika kipenyo cha jukwa huwa kinaanguka kutoka humo kwa kasi takriban sawa na kasi ya kuzunguka. Inatokea kwamba nguvu hufanya juu ya mwili, ikiongozwa kando ya radius ya kitu kinachozunguka. Inafanana sana na mvuto.
Kwa hivyo, unahitaji meli ambayo ina umbo la silinda. Wakati huo huo, lazima izunguke karibu na mhimili wake. Kwa njia, mvuto wa bandia kwenye chombo cha anga, iliyoundwa kulingana na kanuni hii, mara nyingi huonyeshwa katika filamu za kisayansi za uongo.
Meli yenye umbo la pipa, inayozunguka kwenye mhimili wa longitudinal, huunda nguvu ya katikati, ambayo mwelekeo wake unalingana na radius ya kitu. Ili kuhesabu kuongeza kasi inayotokana, unahitaji kugawanya nguvu kwa wingi.
Haitakuwa vigumu kwa watu wanaojua fizikia kukokotoa hili: a=ω²R.
Katika fomula hii, matokeo ya hesabu ni kuongeza kasi, tofauti ya kwanza ni kasi ya nodi (inapimwa kwa radiani kwa sekunde), ya pili ni radius.
Kulingana na hili, ili kupata g ya kawaida, ni muhimu kuchanganya kwa usahihi kasi ya angular na radius ya usafiri wa anga.
Tatizo hili linashughulikiwa katika filamu kama vile "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" na kadhalika. Katika visa hivi vyotenguvu ya uvutano ya bandia inakaribia kasi ya kuanguka bila malipo ya Dunia.
Haijalishi wazo ni zuri kiasi gani, ni vigumu kulitekeleza.
Matatizo ya njia ya jukwa
Tatizo dhahiri zaidi linaangaziwa katika A Space Odyssey. Radi ya "carrier wa nafasi" ni kama mita 8. Ili kupata kuongeza kasi ya 9.8, mzunguko lazima ufanyike kwa kasi ya takriban mizunguko 10.5 kila dakika.
Katika thamani zilizoonyeshwa, "athari ya Coriolis" inaonyeshwa, ambayo inajumuisha ukweli kwamba nguvu tofauti hutenda kwa umbali tofauti kutoka kwa sakafu. Inategemea moja kwa moja kasi ya angular.
Inabadilika kuwa mvuto wa bandia katika nafasi utaundwa, lakini mzunguko wa haraka wa kesi utasababisha matatizo na sikio la ndani. Hii, kwa upande wake, husababisha kukosekana kwa usawa, matatizo ya kifaa cha vestibuli na matatizo mengine yanayofanana.
Kuibuka kwa kizuizi hiki kunapendekeza kuwa mwanamitindo kama huyo hakufanikiwa sana.
Unaweza kujaribu kwenda kutoka kinyume, kama walivyofanya katika riwaya ya "Pete ya Dunia". Hapa meli inafanywa kwa namna ya pete, radius ambayo iko karibu na eneo la obiti yetu (karibu kilomita milioni 150). Kwa ukubwa huu, kasi yake ya kuzunguka inatosha kupuuza athari ya Coriolis.
Unaweza kudhani kuwa tatizo limetatuliwa, lakini sivyo ilivyo hata kidogo. Ukweli ni kwamba mzunguko kamili wa muundo huu karibu na mhimili wake huchukua siku 9. Hii inafanya uwezekano wa kudhani kuwa mizigo itakuwa kubwa sana. Iliujenzi uliwapinga, nyenzo kali sana inahitajika, ambayo hatuna ovyo wetu leo. Aidha, tatizo ni kiasi cha nyenzo na mchakato wa ujenzi wenyewe.
Katika michezo ya mada inayofanana, kama katika filamu "Babylon 5", matatizo haya yanatatuliwa kwa namna fulani: kasi ya mzunguko inatosha kabisa, athari ya Coriolis si muhimu, inawezekana kidhahania kuunda meli kama hiyo..
Walakini, hata ulimwengu kama huo una shida. Jina lake ni kasi.
Meli, inayozunguka mhimili wake, inageuka kuwa gyroscope kubwa. Kama unavyojua, ni ngumu sana kufanya gyroscope kupotoka kutoka kwa mhimili kwa sababu ya kasi ya angular. Ni muhimu kwamba wingi wake hauacha mfumo. Hii ina maana kwamba itakuwa vigumu sana kuweka mwelekeo wa kitu hiki. Hata hivyo, tatizo hili linaweza kutatuliwa.
Kutatua Matatizo
Mvuto Bandia kwenye kituo cha anga za juu hupatikana wakati "O'Neill silinda" inakuja kuokoa. Ili kuunda muundo huu, meli zinazofanana za silinda zinahitajika, ambazo zimeunganishwa kando ya mhimili. Wanapaswa kuzunguka kwa mwelekeo tofauti. Matokeo ya mkusanyiko huu ni kasi ya sifuri ya angular, kwa hivyo kusiwe na ugumu katika kuipa meli mwelekeo unaotaka.
Ikiwa inawezekana kutengeneza meli yenye eneo la karibu mita 500, basi itafanya kazi inavyopaswa. Wakati huo huo, nguvu za uvutano za angani zitakuwa za kustarehesha na zinafaa kwa safari ndefu za ndege kwenye meli au vituo vya utafiti.
Wahandisi wa Anga
Jinsi ya kuunda mvuto bandia inajulikana kwa watayarishi wa mchezo. Walakini, katika ulimwengu huu wa ajabu, mvuto sio kivutio cha miili, lakini nguvu ya mstari iliyoundwa ili kuharakisha vitu katika mwelekeo fulani. Kivutio hapa si kamili, kinabadilika chanzo kinapoelekezwa kwingine.
Mvuto Bandia kwenye kituo cha anga za juu huundwa kwa kutumia jenereta maalum. Ni sare na ina usawa katika eneo la jenereta. Kwa hivyo, katika ulimwengu wa kweli, ikiwa utagongwa na meli ambayo jenereta imewekwa, utavutwa kwenye kibanda. Hata hivyo, katika mchezo, shujaa ataanguka hadi atakapoondoka kwenye eneo la kifaa.
Leo, nguvu ya uvutano ya angani, iliyoundwa na kifaa kama hicho, haiwezi kufikiwa na wanadamu. Hata hivyo, hata watengenezaji wenye mvi hawaachi kuiota.
Jenereta ya Spherical
Hili ni toleo la uhalisia zaidi la kifaa. Wakati imewekwa, mvuto una mwelekeo kuelekea jenereta. Hii inafanya uwezekano wa kuunda kituo, ambacho uzito wake utakuwa sawa na sayari.
Centrifuge
Leo, nguvu ya uvutano ya bandia Duniani inapatikana katika vifaa mbalimbali. Wao ni msingi, kwa sehemu kubwa, juu ya inertia, kwa kuwa nguvu hii inaonekana na sisi sawa na athari za mvuto - mwili hautofautishi ni nini husababisha kuongeza kasi. Kwa mfano: mtu anayepanda kwenye lifti hupata athari ya hali ya hewa. Kupitia macho ya mwanafizikia: kuinua lifti huongeza kasi ya kuanguka kwa bure kuongeza kasi ya gari. Baada ya kurudivyumba kwa mwendo uliopimwa wa "faida" katika uzani hupotea, na kurudisha hisia za kawaida.
Wanasayansi kwa muda mrefu wamekuwa wakivutiwa na mvuto wa bandia. Centrifuge hutumiwa kwa madhumuni haya mara nyingi. Njia hii haifai tu kwa vyombo vya anga, lakini pia kwa vituo vya chini ambavyo inahitajika kusoma athari za mvuto kwenye mwili wa mwanadamu.
Jifunze Duniani, tuma ombi katika…
Ingawa utafiti wa mvuto ulianza kutoka angani, ni sayansi ya kawaida sana. Hata leo, mafanikio katika eneo hili yamepata maombi yao, kwa mfano, katika dawa. Kujua ikiwa inawezekana kuunda mvuto wa bandia kwenye sayari, mtu anaweza kuitumia kutibu matatizo na vifaa vya motor au mfumo wa neva. Aidha, utafiti wa nguvu hii unafanywa hasa duniani. Hii huwawezesha wanaanga kufanya majaribio huku wakibaki chini ya uangalizi wa karibu wa madaktari. Kitu kingine ni mvuto bandia angani, hakuna watu huko ambao wanaweza kuwasaidia wanaanga katika hali isiyotarajiwa.
Kwa kuzingatia ukosefu kamili wa uzani, mtu hawezi kutilia maanani setilaiti iliyo katika mzunguko wa chini wa Dunia. Vitu hivi, ingawa kwa kiasi kidogo, vinaathiriwa na mvuto. Nguvu ya mvuto inayozalishwa katika matukio hayo inaitwa microgravity. Nguvu ya uvutano ya kweli hupatikana tu kwenye kifaa kinachoruka kwa kasi isiyobadilika katika anga ya juu. Hata hivyo, mwili wa mwanadamu hauhisi tofauti hii.
Unaweza kupoteza uzito wakati wa kuruka kwa muda mrefu (kabla ya mwavuli kufunguka) au wakati wa mteremko wa kimfano wa ndege. Majaribio kama hayomara nyingi huonyeshwa Marekani, lakini kwenye ndege hisia hii hudumu sekunde 40 pekee - hii ni fupi mno kwa utafiti kamili.
Nchini USSR mnamo 1973 walijua ikiwa inawezekana kuunda mvuto wa bandia. Na sio tu kuiumba, lakini pia kuibadilisha kwa namna fulani. Mfano wazi wa kupungua kwa bandia kwa mvuto ni kuzamishwa kwa kavu, kuzamishwa. Ili kufikia athari inayotaka, unahitaji kuweka filamu mnene juu ya uso wa maji. Mtu huyo amewekwa juu yake. Chini ya uzito wa mwili, mwili huzama chini ya maji, kichwa tu kinabaki juu. Muundo huu unaonyesha usaidizi wa chini wa mvuto unaopatikana katika bahari.
Hakuna haja ya kwenda angani ili kuhisi athari ya nguvu tofauti ya kutokuwa na uzito - hypergravity. Wakati wa kupaa na kutua chombo cha angani, kwenye sehemu ya katikati, huwezi kuhisi tu upakiaji, lakini pia usome.
matibabu ya mvuto
Fizikia ya uvutano hutafiti, miongoni mwa mambo mengine, athari za kutokuwa na uzito kwenye mwili wa binadamu, ikilenga kupunguza madhara. Hata hivyo, idadi kubwa ya mafanikio ya sayansi hii yanaweza kuwa na manufaa kwa wakazi wa kawaida wa sayari hii.
Madaktari wanatoa matumaini makubwa kwenye utafiti kuhusu tabia ya vimeng'enya vya misuli katika miopathi. Huu ni ugonjwa mbaya unaosababisha kifo cha mapema.
Kwa mazoezi ya viungo hai, kiasi kikubwa cha kimeng'enya cha creatinophosphokinase huingia kwenye damu ya mtu mwenye afya. Sababu ya jambo hili si wazi, labda mzigo hufanya juu ya membrane ya seli kwa namna hiyo"hutoboa". Wagonjwa walio na myopathy hupata athari sawa bila mazoezi. Uchunguzi wa wanaanga unaonyesha kuwa kwa kutokuwa na uzito mtiririko wa kimeng'enya hai ndani ya damu umepunguzwa sana. Ugunduzi huu unapendekeza kwamba matumizi ya kuzamishwa yatapunguza athari mbaya ya sababu zinazosababisha myopathy. Jaribio la wanyama linaendelea kwa sasa.
Matibabu ya baadhi ya magonjwa tayari yanatekelezwa leo kwa kutumia data iliyopatikana kutokana na utafiti wa mvuto, ikiwa ni pamoja na ya bandia. Kwa mfano, ugonjwa wa kupooza kwa ubongo, viharusi, Parkinson hutendewa kwa kutumia suti za mzigo. Utafiti juu ya athari chanya ya msaada - kiatu cha nyumatiki kinakaribia kukamilika.
Je tutasafiri kwa ndege hadi Mirihi?
Mafanikio ya hivi punde ya wanaanga yanatoa matumaini kwa ukweli wa mradi. Kuna uzoefu wa msaada wa matibabu kwa mtu wakati wa kukaa kwa muda mrefu mbali na Dunia. Ndege za utafiti hadi Mwezi, ambazo nguvu ya mvuto ni mara 6 chini ya yetu wenyewe, pia imeleta manufaa mengi. Sasa wanaanga na wanasayansi wanajiwekea lengo jipya - Mars.
Kabla ya kuingia kwenye foleni ya tikiti ya Sayari Nyekundu, unapaswa kujua mwili unatarajia nini tayari katika hatua ya kwanza ya kazi - njiani. Kwa wastani, barabara ya sayari ya jangwa itachukua mwaka na nusu - kama siku 500. Ukiwa njiani, itabidi utegemee nguvu zako tu, hakuna mahali pa kusubiri usaidizi.
Mambo mengi yatadhoofisha nguvu: dhiki, mionzi, ukosefu wa uga wa sumaku. Mtihani muhimu zaidi kwa mwili ni mabadiliko ya mvuto. Wakati wa safari, mtu "hufahamiana" naviwango kadhaa vya mvuto. Kwanza kabisa, hizi ni mizigo kupita kiasi wakati wa kuondoka. Kisha - uzito wakati wa kukimbia. Baada ya hapo, hypogravity kwenye lengwa, kwa kuwa mvuto kwenye Mirihi ni chini ya 40% ya Dunia.
Je, unakabiliana vipi na athari mbaya za kutokuwa na uzito kwenye safari ndefu ya ndege? Inatarajiwa kwamba maendeleo katika uwanja wa kuunda mvuto wa bandia itasaidia kutatua suala hili katika siku za usoni. Majaribio ya panya wanaosafiri kwenye Kosmos-936 yanaonyesha kuwa mbinu hii haisuluhishi matatizo yote.
Uzoefu wa OS umeonyesha kuwa matumizi ya mifumo ya mafunzo ambayo inaweza kubainisha mzigo unaohitajika kwa kila mwanaanga mmoja mmoja inaweza kuleta manufaa zaidi kwa mwili.
Kufikia sasa inaaminika kuwa sio tu watafiti watasafiri kwa ndege hadi Mirihi, bali pia watalii wanaotaka kuanzisha koloni kwenye Sayari Nyekundu. Kwao, angalau mwanzoni, hisia za kutokuwa na uzito zitazidi hoja zote za madaktari juu ya hatari ya kufichuliwa kwa muda mrefu kwa hali kama hizo. Hata hivyo, watahitaji usaidizi baada ya wiki chache pia, ndiyo maana ni muhimu sana kuweza kutafuta njia ya kuunda mvuto wa bandia kwenye chombo cha anga za juu.
matokeo
Ni hitimisho gani linaweza kutolewa kuhusu kuundwa kwa mvuto bandia angani?
Kati ya chaguo zote zinazozingatiwa kwa sasa, muundo unaozunguka unaonekana kuwa wa kweli zaidi. Hata hivyo, kwa uelewa wa sasa wa sheria za kimwili, hii haiwezekani, kwani meli sio silinda mashimo. Ndani yake kuna miingiliano inayoingilia utimilifu wa mawazo.
Kwa kuongeza, eneo la meli linapaswa kuwa hivyokubwa ili athari ya Coriolis isiwe na athari kubwa.
Ili kudhibiti kitu kama hiki, unahitaji silinda ya O'Neill iliyotajwa hapo juu, ambayo itakupa uwezo wa kudhibiti meli. Katika hali hii, uwezekano wa kutumia muundo sawa kwa safari za ndege kati ya sayari mbalimbali na kuwapa wafanyakazi kiwango cha kuvutia cha mvuto huongezeka.
Kabla ya ubinadamu kufanikiwa kutimiza ndoto zao, ningependa kuona uhalisia zaidi na maarifa zaidi ya sheria za fizikia katika hadithi za kisayansi.
