Hatto kosmosga qiziqmagan odam ham hech qachon kosmik sayohat haqidagi filmni ko'rmagan yoki kitoblarda bunday narsalarni o'qigan. Deyarli barcha bunday ishlarda odamlar kema atrofida yurishadi, odatdagidek uxlashadi va ovqatlanish bilan bog'liq muammolarga duch kelmaydilar. Bu shuni anglatadiki, bu xayoliy kemalar sun'iy tortishish kuchiga ega. Aksariyat tomoshabinlar buni mutlaqo tabiiy narsa deb bilishadi, lekin bu umuman emas.
Sun'iy tortishish
Bu turli usullarni qoʻllash orqali bizga tanish boʻlgan tortishish kuchining (har qanday yoʻnalishda) oʻzgarishining nomi. Bu nafaqat fantastik asarlarda, balki haqiqiy dunyoviy vaziyatlarda ham amalga oshiriladi, ko'pincha tajribalar uchun.
Nazariy jihatdan sun'iy tortishish kuchini yaratish unchalik qiyin ko'rinmaydi. Masalan, uni inertsiya, aniqrog'i markazdan qochma kuchi yordamida qayta yaratish mumkin. Bu kuchga bo'lgan ehtiyoj kechagina paydo bo'lmadi - bu odam uzoq muddatli kosmik parvozlarni orzu qila boshlagan zahotiyoq sodir bo'ldi. Yaratilishkosmosdagi sun'iy tortishish vaznsizlikda uzoq vaqt qolish paytida yuzaga keladigan ko'plab muammolarni oldini olishga imkon beradi. Astronavtlarning mushaklari zaiflashadi, suyaklar kuchsizlanadi. Bunday sharoitda bir necha oy sayohat qilsangiz, ba'zi mushaklar atrofiyasi paydo bo'lishi mumkin.
Shunday qilib, bugungi kunda sun'iy tortishish kuchini yaratish juda muhim vazifa bo'lib, bu mahoratsiz fazoni o'rganish imkonsizdir.
Materiallar
Hatto fizikani faqat maktab o'quv dasturi darajasida biladiganlar ham tortishish bizning dunyomizning asosiy qonunlaridan biri ekanligini tushunishadi: barcha jismlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi, o'zaro tortishish / itarishni boshdan kechiradi. Tana qanchalik katta bo'lsa, uning tortishish kuchi shunchalik katta bo'ladi.
Bizning haqiqatimiz uchun Yer juda katta ob'ektdir. Shuning uchun, istisnosiz, uning atrofidagi barcha jismlar uni o'ziga jalb qiladi.
Biz uchun bu erkin tushishning tezlashishini anglatadi, odatda g bilan o'lchanadi, kvadrat soniyasiga 9,8 metrga teng. Bu shuni anglatadiki, agar oyog'imiz ostida hech qanday tayanch bo'lmasa, biz har soniyada 9,8 metrga oshib ketadigan tezlikda yiqilib ketardik.
Shunday qilib, faqat tortishish tufayli biz normal turishimiz, yiqilishimiz, ovqatlanishimiz va ichishimiz, qayerda yuqorida, qayerda pastda ekanligini tushunishimiz mumkin. Agar tortishish yo'qolsa, biz tortishish kuchiga teng bo'lamiz.
Kosmosda baland ko'tarilish - erkin tushish holatida bo'lgan astronavtlar bu hodisani ayniqsa yaxshi bilishadi.
Nazariy jihatdan olimlar sun'iy tortishish kuchini qanday yaratishni bilishadi. Mavjudbir nechta texnika.
Katta massa
Eng mantiqiy variant - kosmik kemani sun'iy tortishish kuchiga ega bo'ladigan darajada katta qilishdir. Kemada o'zingizni qulay his qilishingiz mumkin bo'ladi, chunki kosmosdagi orientatsiya yo'qolmaydi.
Afsuski, texnologiyaning zamonaviy rivojlanishi bilan bu usul haqiqiy emas. Bunday ob'ektni qurish juda ko'p resurslarni talab qiladi. Bundan tashqari, uni ko‘tarish uchun aql bovar qilmaydigan miqdorda energiya talab qilinadi.
Tezlikni oshiring
Agar siz Yernikiga teng g ga erishmoqchi bo'lsangiz, shunchaki kemaga tekis (platforma) shakl berishingiz va uni tekislikka perpendikulyar ravishda kerakli tezlanish bilan harakatlantirishingiz kerakdek tuyuladi. Shunday qilib, sun'iy tortishish kuchi olinadi va ideal.
Biroq, haqiqat ancha murakkab.
Birinchidan, yoqilgʻi masalasini koʻrib chiqishga arziydi. Stansiya doimiy ravishda tezlashishi uchun uzluksiz quvvat manbai bo'lishi kerak. Dvigatel to'satdan paydo bo'lsa ham, u moddani chiqarib yubormasa ham, energiya saqlanish qonuni o'z kuchida qoladi.
Ikkinchi muammo - bu doimiy tezlashtirish g'oyasi. Bizning bilimimiz va jismoniy qonunlarimizga ko'ra, cheksizlikka tezlashish mumkin emas.
Bundan tashqari, bunday transport vositalari tadqiqot missiyalari uchun mos emas, chunki ular doimo tezlashishi kerak - uchishi kerak. U sayyorani o'rganishni to'xtata olmaydi, hatto uning atrofida sekin ucha olmaydi - tezlashishi kerak.
Shunday qilibShunday qilib, bunday sun'iy tortishish hali biz uchun mavjud emasligi aniq bo'ldi.
Karusel
Karuselning aylanishi tanaga qanday ta'sir qilishini hamma biladi. Shu sababli, ushbu printsip bo'yicha sun'iy tortishish moslamasi eng real ko'rinadi.
Karuselning diametridagi hamma narsa aylanish tezligiga teng tezlikda undan tushib ketishga intiladi. Ma'lum bo'lishicha, jismga aylanadigan jismning radiusi bo'ylab yo'n altirilgan kuch ta'sir qiladi. Bu tortishish kuchiga juda oʻxshaydi.
Demak, sizga silindrsimon shaklga ega kema kerak. Shu bilan birga, u o'z o'qi atrofida aylanishi kerak. Aytgancha, ushbu printsip asosida yaratilgan kosmik kemadagi sun'iy tortishish ko'pincha ilmiy-fantastik filmlarda namoyish etiladi.
Bochka shaklidagi kema uzunlamasına o'q atrofida aylanib, markazdan qochma kuch hosil qiladi, uning yo'nalishi ob'ekt radiusiga mos keladi. Olingan tezlanishni hisoblash uchun kuchni massaga bo'lish kerak.
Fizikani biladigan odamlar uchun buni hisoblash qiyin bo'lmaydi: a=ʼn²R.
Ushbu formulada hisoblash natijasi tezlanish, birinchi oʻzgaruvchi tugun tezligi (sekundiga radyanda oʻlchanadi), ikkinchisi radius.
Bunga koʻra odatiy g ni olish uchun fazoni tashishning burchak tezligi va radiusini toʻgʻri birlashtirish zarur.
Bu muammo "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" va shunga o'xshash filmlarda yoritilgan. Bu barcha holatlardasun'iy tortishish kuchi Yerning erkin tushish tezlashuviga yaqin.
Gʻoya qanchalik yaxshi boʻlmasin, uni amalga oshirish juda qiyin.
Karusel usulidagi muammolar
Eng aniq muammo "Kosmik Odissey"da ta'kidlangan. "Kosmik tashuvchi" ning radiusi taxminan 8 metrni tashkil qiladi. 9,8 tezlashuvga erishish uchun aylanish har daqiqada taxminan 10,5 aylanish tezligida amalga oshirilishi kerak.
Ko'rsatilgan qiymatlarda "Koriolis effekti" namoyon bo'ladi, bu turli kuchlarning poldan turli masofalarda harakat qilishidan iborat. Bu to'g'ridan-to'g'ri burchak tezligiga bog'liq.
Ma'lum bo'lishicha, kosmosda sun'iy tortishish paydo bo'ladi, ammo korpusning juda tez aylanishi ichki quloq bilan bog'liq muammolarga olib keladi. Bu, o'z navbatida, nomutanosiblik, vestibulyar apparatlar bilan bog'liq muammolar va boshqa shunga o'xshash muammolarni keltirib chiqaradi.
Ushbu toʻsiqning paydo boʻlishi bunday modelning oʻta muvaffaqiyatsiz ekanligini koʻrsatadi.
"Dunyo uzuk" romanida bo'lgani kabi, siz teskari tomondan borishga harakat qilishingiz mumkin. Bu erda kema halqa shaklida qilingan, uning radiusi bizning orbita radiusiga yaqin (taxminan 150 million km). Bunday oʻlchamda uning aylanish tezligi Koriolis effektini eʼtiborsiz qoldirish uchun yetarli.
Muammo hal boʻldi deb oʻylashingiz mumkin, ammo bu unchalik emas. Gap shundaki, bu strukturaning o'z o'qi atrofida to'liq aylanishi 9 kun davom etadi. Bu yuklarning juda katta bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Uchunqurilish ularga bardosh berdi, bugungi kunda bizning ixtiyorimizda bo'lmagan juda kuchli material kerak. Bundan tashqari, muammo material miqdori va qurilish jarayonining o'zi.
"Bobil 5" filmidagi kabi shunga o'xshash mavzudagi o'yinlarda bu muammolar qandaydir tarzda hal qilinadi: aylanish tezligi juda etarli, Koriolis effekti unchalik katta emas, gipotetik jihatdan bunday kemani yaratish mumkin..
Ammo bunday dunyolarning ham kamchiligi bor. Uning ismi impuls.
O'z o'qi atrofida aylanayotgan kema ulkan giroskopga aylanadi. Ma'lumki, giroskopni burchak momenti tufayli o'qdan chetga surib qo'yish juda qiyin. Uning miqdori tizimni tark etmasligi muhimdir. Bu shuni anglatadiki, ushbu ob'ekt uchun yo'nalishni belgilash juda qiyin bo'ladi. Biroq, bu muammoni hal qilish mumkin.
Muammo yechish
Koinot stantsiyasida sun'iy tortishish "O'Nill tsilindri" yordamga kelganda mavjud bo'ladi. Ushbu dizaynni yaratish uchun eksa bo'ylab bog'langan bir xil silindrsimon kemalar kerak bo'ladi. Ular turli yo'nalishlarda aylanishi kerak. Ushbu yig'ilish natijasi nolga teng burchak momentidir, shuning uchun kemaga kerakli yo'nalishni berishda hech qanday qiyinchilik bo'lmasligi kerak.
Agar radiusi taxminan 500 metr boʻlgan kema yasash imkoni boʻlsa, u xuddi shunday ishlaydi. Shu bilan birga, koinotdagi sun'iy tortishish juda qulay va kemalar yoki tadqiqot stantsiyalarida uzoq parvozlar uchun mos keladi.
Kosmik muhandislar
Sun'iy tortishish qanday yaratilishi o'yin yaratuvchilarga ma'lum. Biroq, bu hayoliy dunyoda tortishish jismlarning o'zaro tortishishi emas, balki ob'ektlarni ma'lum bir yo'nalishda tezlashtirish uchun mo'ljallangan chiziqli kuchdir. Bu yerdagi diqqatga sazovor joy mutlaq emas, manba qayta yoʻn altirilganda u oʻzgaradi.
Kosmik stansiyadagi sun'iy tortishish maxsus generator yordamida yaratiladi. Bu generator hududida bir xil va teng yo'nalishli. Shunday qilib, haqiqiy dunyoda, agar sizni generator o'rnatilgan kema urib yuborsa, siz korpusga tortilasiz. Biroq, o'yinda qahramon qurilma perimetrini tark etmaguncha yiqilib tushadi.
Bugungi kunda bunday qurilma tomonidan yaratilgan koinotdagi sun'iy tortishish insoniyat uchun mavjud emas. Biroq, hatto kulrang sochli dasturchilar ham bu haqda orzu qilishdan to'xtamaydilar.
Sferik generator
Bu uskunaning haqiqiyroq versiyasi. O'rnatilganda tortishish kuchi generatorga yo'nalishga ega. Bu tortishish kuchi sayyoraviyiga teng bo'lgan stansiya yaratish imkonini beradi.
Sentrifuga
Bugungi kunda Yerdagi sun'iy tortishish turli qurilmalarda uchraydi. Ular, asosan, inertsiyaga asoslanadi, chunki bu kuch bizda tortishish ta'siriga o'xshash tarzda seziladi - tana tezlashuvga nima sabab bo'lganini ajrata olmaydi. Misol tariqasida: liftda ko'tarilgan odam inertsiya ta'sirini boshdan kechiradi. Fizikning ko'zi bilan: liftni ko'tarish erkin tushish tezlashishiga avtomobilning tezlashishini qo'shadi. Qaytgandan keyinkabinalarning o'lchangan harakati uchun vaznning "ortishi" yo'qolib, odatiy hislarni qaytaradi.
Olimlar uzoq vaqtdan beri sun'iy tortishish kuchi bilan qiziqib kelishgan. Ushbu maqsadlar uchun ko'pincha sentrifuga ishlatiladi. Bu usul nafaqat kosmik kemalar, balki tortishish kuchining inson tanasiga ta'sirini o'rganish zarur bo'lgan yerosti stansiyalari uchun ham javob beradi.
Yerda oʻqish, ariza topshirish…
Gravitatsiyani oʻrganish koinotdan boshlangan boʻlsa-da, bu juda oddiy fan. Bugungi kunda ham bu sohadagi yutuqlar, masalan, tibbiyotda o'z qo'llanilishini topdi. Sayyorada sun'iy tortishish yaratish mumkinmi yoki yo'qligini bilib, uni vosita apparati yoki asab tizimi bilan bog'liq muammolarni davolash uchun ishlatish mumkin. Bundan tashqari, bu kuchni o'rganish birinchi navbatda Yerda amalga oshiriladi. Bu kosmonavtlarga shifokorlarning diqqat e'tiborida bo'lgan holda tajriba o'tkazish imkonini beradi. Yana bir narsa - kosmosdagi sun'iy tortishish, u erda kutilmagan vaziyatda astronavtlarga yordam beradigan odamlar yo'q.
To'liq vaznsizlikni hisobga olgan holda, sun'iy yo'ldoshni past Yer orbitasida hisobga olish mumkin emas. Bu jismlarga, oz miqdorda bo'lsa-da, tortishish kuchi ta'sir qiladi. Bunday hollarda hosil bo'ladigan tortishish kuchiga mikrogravitatsiya deyiladi. Haqiqiy tortishish faqat kosmosda doimiy tezlikda uchadigan apparatda seziladi. Biroq, inson tanasi bu farqni sezmaydi.
Uzunlikka sakrash paytida (stop ochilgunga qadar) yoki samolyotning parabolik tushishi paytida vaznsizlikni boshdan kechirishingiz mumkin. Bunday tajribalarko'pincha AQShda sahnalashtiriladi, lekin samolyotda bu tuyg'u atigi 40 soniya davom etadi - bu to'liq o'rganish uchun juda qisqa.
SSSRda 1973 yilda ular sun'iy tortishish yaratish mumkinligini bilishgan. Va nafaqat uni yaratdi, balki uni qandaydir tarzda o'zgartirdi. Og'irlikning sun'iy pasayishining yorqin misoli quruq suvga cho'mish, suvga cho'mishdir. Istalgan effektga erishish uchun siz suv yuzasiga zich plyonka qo'yishingiz kerak. Odam uning ustiga qo'yiladi. Tananing og'irligi ostida tana suv ostida cho'kadi, faqat bosh yuqorida qoladi. Bu model okeandagi past tortishish quvvatini namoyish etadi.
Vazirliksizlikning qarama-qarshi kuchi - gipergravitatsiya ta'sirini his qilish uchun kosmosga chiqishning hojati yo'q. Kosmik kemani santrifugada uchib, qo'nayotganda siz nafaqat ortiqcha yukni his qilishingiz, balki uni o'rganishingiz ham mumkin.
Gravitatsiya bilan davolash
Gravitatsion fizika boshqa narsalar qatori vaznsizlikning inson tanasiga ta'sirini o'rganadi va oqibatlarini minimallashtirishga intiladi. Biroq, bu fanning ko'plab yutuqlari sayyoramizning oddiy aholisi uchun foydali bo'lishi mumkin.
Shifokorlar miyopatiyadagi mushak fermentlarining xatti-harakatlarini o'rganishga katta umid bog'laydilar. Bu erta o'limga olib keladigan jiddiy kasallik.
Faol jismoniy mashqlar bilan sog'lom odamning qoniga ko'p miqdorda kreatinofosfokinaz fermenti kiradi. Ushbu hodisaning sababi aniq emas, ehtimol yuk hujayra membranasiga shunday ta'sir qiladiki, u"teshiklar". Miyopatiya bilan og'rigan bemorlar jismoniy mashqlarsiz bir xil ta'sirga ega. Astronavtlarning kuzatishlari shuni ko'rsatadiki, vaznsizlikda faol fermentning qonga tushishi sezilarli darajada kamayadi. Ushbu kashfiyot shuni ko'rsatadiki, suvga cho'mishdan foydalanish miyopatiyaga olib keladigan omillarning salbiy ta'sirini kamaytiradi. Hayvonlar sinovi davom etmoqda.
Ba'zi kasalliklarni davolash bugungi kunda tortishish kuchini o'rganish natijasida olingan ma'lumotlardan, jumladan sun'iy usullardan foydalangan holda amalga oshirilmoqda. Masalan, miya yarim palsi, insult, Parkinson kasalligi yuk kostyumlari yordamida davolanadi. Qo'llab-quvvatlashning ijobiy ta'siri bo'yicha tadqiqotlar - pnevmatik poyabzal deyarli yakunlandi.
Marsga uchamizmi?
Astronavtlarning so'nggi yutuqlari loyihaning haqiqatiga umid baxsh etadi. Erdan uzoqroq bo'lgan odamga tibbiy yordam ko'rsatish tajribasi mavjud. Oyga tortishish kuchi biznikidan 6 barobar kam bo'lgan tadqiqot parvozlari ham katta foyda keltirdi. Endi astronavtlar va olimlar o‘z oldilariga yangi maqsad – Marsni qo‘ymoqdalar.
Qizil sayyoraga chipta olish uchun navbatda turishdan oldin, ishning birinchi bosqichida - yo'lda tanangiz nimani kutayotganini bilishingiz kerak. O'rtacha, cho'l sayyorasiga yo'l bir yarim yil - taxminan 500 kun davom etadi. Yo'lda faqat o'z kuchingizga tayanishingiz kerak bo'ladi, yordam kutadigan joy yo'q.
Ko'p omillar kuchga putur etkazadi: stress, radiatsiya, magnit maydonning etishmasligi. Tana uchun eng muhim sinov - bu tortishishning o'zgarishi. Sayohat davomida odam "tanishadi"bir necha darajali tortishish. Birinchidan, bu parvoz paytida ortiqcha yuk. Keyin - parvoz paytida vaznsizlik. Shundan so'ng, belgilangan joyda gipogravitatsiya, chunki Marsdagi tortishish Yerning 40% dan kamini tashkil qiladi.
Uzoq parvozda vaznsizlikning salbiy ta'siri bilan qanday kurashasiz? Sun'iy tortishish yaratish sohasidagi ishlanmalar yaqin kelajakda bu muammoni hal qilishga yordam beradi, degan umiddamiz. Kosmos-936da sayohat qilayotgan kalamushlar ustida o‘tkazilgan tajribalar shuni ko‘rsatdiki, bu usul barcha muammolarni hal eta olmaydi.
OS tajribasi shuni ko'rsatdiki, har bir astronavt uchun zarur yukni alohida aniqlay oladigan o'quv komplekslaridan foydalanish tanaga ko'proq foyda keltirishi mumkin.
Hozircha Marsga nafaqat tadqiqotchilar, balki Qizil sayyorada mustamlaka yaratmoqchi boʻlgan sayyohlar ham uchadi, deb ishoniladi. Ular uchun, hech bo'lmaganda, birinchi navbatda, vaznsizlikda bo'lish hissi shifokorlarning bunday sharoitlarga uzoq vaqt ta'sir qilish xavfi haqidagi barcha dalillaridan ustun turadi. Biroq, ular ham bir necha hafta ichida yordamga muhtoj bo'ladi, shuning uchun kosmik kemada sun'iy tortishish yaratish yo'lini topish juda muhim.
Natijalar
Kosmosda sun'iy tortishish yaratish haqida qanday xulosalar chiqarish mumkin?
Hozirda koʻrib chiqilayotgan barcha variantlar orasida aylanuvchi tuzilma eng real koʻrinadi. Biroq, hozirgi jismoniy qonunlarni tushunish bilan, bu mumkin emas, chunki kema ichi bo'sh silindr emas. Uning ichida g'oyalarni amalga oshirishga xalaqit beradigan o'zaro bog'liqliklar mavjud.
Bundan tashqari, kemaning radiusi shunday bo'lishi kerakkatta, shuning uchun Koriolis effekti sezilarli ta'sir ko'rsatmaydi.
Bunday narsalarni boshqarish uchun sizga yuqorida aytib o'tilgan O'Neill tsilindri kerak bo'lib, u sizga kemani boshqarish imkoniyatini beradi. Bunday holda, ekipajni qulay tortishish darajasini ta'minlagan holda sayyoralararo parvozlar uchun shunga o'xshash dizayndan foydalanish imkoniyati ortadi.
Insoniyat oʻz orzularini roʻyobga chiqarishga muvaffaq boʻlishidan oldin, men fantastiyada biroz koʻproq realizm va fizika qonunlari haqida koʻproq bilimga ega boʻlishini istardim.
