Исследовательская работа: Невесомость

Открытые Клейменовские чтения
Секция ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ
Тема исследовательской работы:
Невесомость
Выполнил:
Хабаров Николай
ТОГОУ СПО
«Технологический техникум»,
2курс,г. Уварово.
Научный руководитель:
Коростелева Марина Викторовна
преподаватель физики
г. Уварово
2010
Оглавление
1. Введение
2. Глава I
Невесомость
3. Глава II
Экспериментальные работы
4. Заключение
5. Список использованной литературы
6. Приложение
Введение
Знать о причинах, которые скрыты,
тайные ведать пути…
Леонид Мартынов
Как считал Циолковский, человечеству, видимо, предстоит расселение в
космосе. Надо, однако, признать, что человеческий организм к этому мало
пригоден.
Мы – дети Земли, и по этой причине носим в себе все признаки земного
существа. Нам нужен земной комфорт – воздух, подходящая температура,
приемлемая пища, отсутствие вредных излучений, наконец, привычная
земная тяжесть и многое другое, без чего наше существование просто
невозможно. Перегрузки, невесомость, облучение смертоносной
космической радиацией, не говоря уж о других опасностях, поджидающих
нас на пороге космоса, способны, казалось бы, отбить всякую охоту к его
освоению.
И все-таки человек стремится в космос наперекор всему. В этом
безудержном стремлении овладеть все большим пространством есть нечто
характерное для любых форм живой материи. Человечеству удается это
осуществить средствами науки и техники. Именно они позволили создать
вне Земли почти земной комфорт – ведь внутри скафандра или
космического корабля условия близки к земным, хотя тут же, рядом, вне их,
- враждебный человеку космос.
Актуальность выбранной мною темы связана с тем, что мы живем в век
начала освоения космоса, в век полётов космических кораблей вокруг
Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы. Освоение
космоса – закономерный этап в развитии человечества. Мир, окружающий
нас, бесконечно сложен и многообразен, поэтому я поставил перед собой
цель изучить явление невесомости. Глубоко ошибаются те, кто полагает,
что наука в основном исчерпала себя и что основные законы природы уже
открыты, поэтому я решил выяснить, почему человек Земли, высший
продукт эволюции земного органического мира стремится в космос?
Целью моей работы является раскрытие понятия невесомости,
проведение некоторых экспериментов и исследований в области
внеземного пространства. Для ее достижения я выполнил ряд задач, а
именно, изучил работы многих выдающихся космонавтов и ученыхфизиков, рассмотрел вопрос невесомости на опытах.
Глава I
Невесомость
Нам часто приходится слышать и читать о том, что лётчики-космонавты
и все предметы на космическом корабле во время его полёта находятся в
особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Само слово
невесомость говорит о том, что у тела отсутствует вес, то есть оно не давит
на опору и не растягивает подвес. Причина невесомости заключается в том,
что сила всемирного тяготения (взаимное притяжение всех тел во
Вселенной) сообщает телу и его опоре одинаковые ускорения. Поэтому
всякое тело, которое движется под действием только силы всемирного
тяготения, находится в состоянии невесомости.
Длительную невесомость человек испытывает в
космосе, в космическом корабле, на орбитальной
станции. Невесомость - главное отличие космической
жизни от земной. Она влияет на всё: на кровообращение, дыхание,
настроение, физиологические и биологические процессы. Невесомость уникальное явление космического полёта. На Земле мы привыкли, если,
например, дождевая капля упадёт с ветки или листа, то она обязательно
попадёт на землю. На орбитальной станции всё иначе: лети, куда хочешь, и
не упадёшь. Тяжесть - самое надежное качество, которым обладает каждый
предмет на Земле. Тяжесть - это то, что природа распределила равномерно:
поровну на каждую единицу массы. В течение всего времени орбитального
полёта космонавты находятся в состоянии невесомости. Они теперь не
ходят, а плавают, отталкиваясь как от опоры, от стен или от заземлённых
предметов. Космонавты могут, образно говоря, ходить по потолку. Сила
притяжения отсутствует, тело делается непривычно лёгким, при этом кровь
тоже делается невесомой.
Я думаю, что несмотря на кажущуюся лёгкость, передвижение в
невесомости - дело непростое. Оказавшись в невесомости, - рассказывает
космонавт - у космонавта вся кровь и жидкость приливает в голову. Голова
тяжёлая, заложен нос, глаза красные, плохо думается. После длительного
полёта в невесомости организм космонавта испытывает резкий переход к
большим перегрузкам, которые будут вызваны включением тормозной
установки корабля. Длительное пребывание в невесомости - отрицательно
сказывается на здоровье космонавта. Влияние невесомости на организм
человека так полностью и не разгадано.
Невесомость можно испытывать не только в космосе, но и на Земле. Но
на Земле может быть получена только кратковременная невесомость.
Например, она наблюдается в первые 1-2 секунды при свободном падении
тела. Невесомость возникает при прыжках на батуте: здесь она длится 1-2
секунды. Более длительную невесомость можно получить на самолёте,
когда он движется по специальной траектории. Самолёт стремительно
набирает высоту, потом двигатели выключают, он начинает падать, и здесь
возникает невесомость, которая длится около минуты. Некоторое подобие
статической невесомости возникает, когда человека помещают в бассейн с
жидкостью, равной средней плотности его тела.
Первые трудности, как мне кажется, поджидают космонавта уже при
выведении космического корабля на орбиту. Именно на этом первом
участке пути в космос возникают перегрузки. Возносящаяся к небу ракетаноситель создает внутри себя усиленную тяжесть. Космонавт давит на свое
кресло с силой, значительно превосходящей его обычный земной вес.
В современной космической технике перегрузки при взлете неизбежны.
В преодолении перегрузок человек далеко не чемпион.
Замечу, что чем меньше существо, тем, как правило, оно более стойко к
перегрузкам. Но для одного и того же организма выносливость,
оказывается, зависит от продолжительности перегрузки и направления
действующих сил. Перегрузки, действующие поперек тела, человек
переносит гораздо легче, чем вдоль тела.
Я проделал опыт: повис на турнике вниз головой. Перегрузка здесь
однократная, то есть, в сущности, ее нет. И все-таки очень скоро она
вызвала у меня неприятные ощущения. Они лишь в слабой мере похожи на
те, которые приходится испытывать космонавту.
При трехкратной перегрузке продолжительность ее действия не должна
превышать 5-6 секунд. Что же касается поперечных нагрузок, то даже 10кратное увеличение собственного веса человек может безболезненно
переносить в течении двух минут.
Выход ракеты-носителя на заданную орбиту занимает около 10 минут.
Чтобы облегчить самочувствие космонавта на этом этапе, его сажают в
особое кресло, где космонавт оказывается «лежащим», то есть перегрузки
остаются поперечными.
Сразу после отделения космического корабля от ракеты-носителя
тягостные ощущения перегрузки сразу сменяются полной невесомостью. И
корабль и все предметы внутри него движутся относительно Земли с
одинаковым ускорением. Поэтому космонавт не давит на стенки корабля
или другие предметы, и это отсутствие давления ощущается как давление
веса. Благодаря этому космонавт и совершает вместе с кораблем обращение
вокруг нашей планеты.
Глава II
Экспериментальные работы
Рассмотрим невесомость на опытах:
1) Тело подвешено к пружине, конец которой закреплён. Представим
себе, что нить, удерживающую пружину, пережгли. Теперь пружина вместе
с грузом свободно падает. При этом мы замечаем, что растяжение исчезло.
И пока пружина с телом падает, она остается нерастянутой. Следственно
падающее тело не действует на падающую вместе с ним пружину и вес
тела равен нулю, но сила тяжести не равна нулю, она по-прежнему
действует на тело и заставляет его падать.
2) Между гирями закладывают полоску бумаги, свободный конец
которой закрепляют в лапке штатива. Если медленно опускать груз, то
полоска натягивается и рвется. Из этого следует, что бумажная полоска
была достаточно сильно зажата грузами. Заменив порванную полоску
бумаги на целую, грузу позволяют свободно падать. Бумажная полоска
повисает при этом неповрежденной. Этот опыт показывает, что при
свободном падении давление гири на опору отсутствует, то есть гиря при
падении стала невесомой.
3) Одновременно с парашютистами с самолета сбросили большой
пустой ящик. Два человека, тоже выпрыгнувшие из самолета пока не
раскрывают парашютов. Они летят с такой же скоростью, что и ящик. Один
парашютист протянул руку, схватился за летящий рядом ящик, открыл в
нем дверцу и втянулся внутрь. Теперь из двух человек один летит,
кувыркаясь внутри ящика, а другой снаружи. У них будут совершенно
разные ощущения. Тот, который летит снаружи, видит и чувствует, что он
стремительно летит вниз. В ушах у него свистит ветер. Вдали видна
приближающая Земля. Мимо проносятся облака. А этот, который летит
внутри ящика, закрыл дверцу, и начал, отталкиваясь от стенок "плавать" по
ящику. Ему кажется, что ящик спокойно стоит на земле, а он, потеряв вес,
плавает в воздухе, как рыба в аквариуме. Строго говоря, разницы между
обоими парашютистами нет никакой. Оба с одной и той же скоростью
летят к земле. Но один сказал бы: " Я лечу", а другой: " Я плаваю на месте".
Дело в том, что один ориентируется по Земле, а другой по ящику, в котором
летит. Вот именно так возникает состояние невесомости в кабине
космического корабля.
Заключение
Проделав данную работу, я сделал выводы, невесомость – это очень
непростое явление, требующее тщательного изучения, хотя это связано с
большими трудностями.
Я согласен с автором книги «Города на орбитах» Ф. Ю. Зигелем, что
кратковременную невесомость (в течение, скажем, нескольких суток)
космонавты переносят без каких-либо вредных для организма последствий.
Длительная же невесомость (недели, месяцы, а то и годы) может вызвать
болезненные явления и изменения в организме: расслабляется мускулатура
(в частности, сердечная), нарушается привычный обмен веществ. Мне
кажется, чтобы этого избежать космонавты в полете должны заниматься
гимнастикой, укреплять мышцы сердца.
Сейчас космонавты совершают длительные полеты и поэтому при
подборе экипажей космических кораблей надо кроме физической
выносливости космонавтов, внимательно изучить и их «психологическую
совместимость».
Никто еще не может сказать с твердой уверенностью, что с
невесомостью можно обращаться на "ты". Это явление, интересующее
очень многих, требует последовательного изучения.
Список использованной литературы
1. Зигель Ф.Ю. Города на орбитах. – М.: Детская литература, 1980. – стр.
69-84, 163-165.
2. Анисимов В., Волк И. Цель - 2001 год/под ред. Ровнянской Л. – М.:
Пресс-авиа, 1991. - стр. 291-295.
3. Феоктистов К., Бубнов И. О космолетах. – М.: Мол. гвардия, 1982. –
стр. 108-120, 158-171.
4. http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/080/701.htm
5. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/45333