Trọng lực nhân tạo là gì và làm thế nào để tạo ra

Ngay cả những người không quan tâm đến không gian, bao giờ nhìn thấy một bộ phim về du hành vũ trụ hay đọc về những điều như vậy trong cuốn sách. Hầu như tất cả những người đi đến các công trình của con tàu, ngủ bình thường, không có vấn đề với việc ăn uống. Điều này có nghĩa rằng những - hư cấu - Con tàu có trọng lực nhân tạo. Hầu hết các khán giả cảm nhận nó như một cái gì đó hoàn toàn tự nhiên, và trong thực tế điều này không đúng.

trọng lực nhân tạo

Vì vậy, chúng ta gọi là một sự thay đổi (trong hai hướng) quen thuộc đối với chúng ta trọng lực bằng cách áp dụng các phương pháp khác nhau. Và điều này được thực hiện không chỉ trong các tác phẩm hư cấu, nhưng trong những tình huống trần gian rất thực tế, thường xuyên nhất, cho các thí nghiệm.

Về lý thuyết, việc tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo trông không phải là khó. Ví dụ, bạn có thể tái tạo nó bằng cách sử dụng quán tính, chính xác hơn, các lực ly tâm. Nhu cầu năng lượng này đã không xảy ra ngày hôm qua - nó xảy ra càng sớm càng mọi người bắt đầu mơ về một chuyến bay không gian lâu dài. Tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo trong không gian sẽ làm cho nó có thể để tránh nhiều vấn đề phát sinh từ khoảng thời gian trong không trọng lượng. Các phi hành gia phát triển cơ bắp yếu, xương trở nên ít mạnh mẽ. Du lịch trong những điều kiện tháng, bạn có thể nhận được một số teo cơ.

Vì vậy, hôm nay việc tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo - một nhiệm vụ hết sức quan trọng, thám hiểm vũ trụ mà không cần kỳ công này là không thể.

trang thiết

Ngay cả những người chỉ biết mức độ chương trình giảng dạy vật lý, hiểu lực hấp dẫn đó - một trong những định luật cơ bản của thế giới chúng ta: tất cả các cơ thể tương tác với nhau, trải qua một điểm thu hút lẫn nhau / lực đẩy. Các cơ thể lớn hơn, lớn hơn sức mạnh của nó thu hút.

Đất thực tế của chúng tôi - một đối tượng rất lớn. Đó là lý do tại sao mỗi cơ thể đơn xung quanh nó thu hút.

Đối với chúng tôi điều này có nghĩa sự tăng tốc của lực hấp dẫn, mà thường được đo bằng g, tương đương với 9,8 mét mỗi vuông thứ hai. Điều này có nghĩa rằng nếu dưới chân chúng tôi đã không có sự hỗ trợ, chúng tôi sẽ giảm với tốc độ tăng mỗi giây đến 9,8 mét.

Như vậy, chỉ bằng trọng lực, chúng tôi có thể đứng, giảm, ăn uống bình thường, để hiểu nơi đầu, nơi phía dưới. Nếu sự hấp dẫn sẽ biến mất - chúng tôi sẽ được ở trạng không trọng lượng.

Đặc biệt quen thuộc với hiện tượng này phi hành gia thấy mình trong một không gian trong tình trạng nổi - rơi tự do.

Về mặt lý thuyết, các nhà khoa học biết làm thế nào để tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo. Có một số kỹ thuật.

Khối lượng lớn

Lựa chọn hợp lý nhất - để làm cho tàu vũ trụ lớn đến mức nó phát sinh trọng lực nhân tạo. Trên tàu, bạn có thể cảm thấy thoải mái, bởi vì không có định hướng trong không gian sẽ bị mất.

Thật không may, phương pháp này là không thực tế trước sự phát triển hiện tại của công nghệ. Để xây dựng một cơ sở như vậy đòi hỏi quá nhiều tài nguyên. Bên cạnh đó, một số lượng đáng kinh ngạc của năng lượng cần thiết cho việc phục hồi của nó.

tăng tốc

Nó sẽ có vẻ rằng nếu bạn muốn tiếp cận g, tương đương với trái đất, chúng ta chỉ cần cung cấp cho các tàu một (platformoobraznuyu) dạng phẳng và làm cho nó di chuyển vuông góc với mặt phẳng với khả năng tăng tốc mong muốn. Bằng cách này, trọng lực nhân tạo thu được, và - một lý tưởng.

Tuy nhiên, thực tế là phức tạp hơn nhiều.

Đầu tiên và quan trọng nhất đó là giá trị xem xét các vấn đề nhiên liệu. Đến trạm không ngừng được đẩy mạnh, bạn phải có nguồn điện không bị gián đoạn. Ngay cả khi động cơ đột nhiên xuất hiện, không xử lý vấn đề này, các định luật bảo toàn năng lượng vẫn còn hiệu lực.

Vấn đề thứ hai là ý tưởng của gia tốc không đổi. Theo hiểu biết của chúng tôi và các định luật vật lý, bạn không thể đẩy nhanh tiến độ vô thời hạn.

Bên cạnh đó, phương tiện giao thông này là không phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu, vì nó liên tục phải tăng tốc - để bay. Anh ta không thể dừng lại để khám phá hành tinh, ông thậm chí chậm bay xung quanh nó không có thể - nó là cần thiết để tăng tốc.

Do đó, nó trở nên rõ ràng rằng trọng lực nhân tạo này không phải là chưa có sẵn cho chúng tôi.

băng chuyền

Ai cũng biết như thế nào xoay băng chuyền ảnh hưởng đến cơ thể. Do đó, các thiết bị trọng lực nhân tạo theo nguyên tắc này có vẻ là thực tế nhất.

Tất cả những gì có đường kính băng chuyền, nó có xu hướng rơi ra khỏi nó với tốc độ xấp xỉ bằng tốc độ quay. Nó chỉ ra rằng trong cơ thể một lực lượng đạo dọc theo bán kính của một đối tượng quay. Đây là rất giống với trọng lực.

Vì vậy, phải mất một con tàu, có một hình dạng hình trụ. Trong trường hợp này, cần xoay xung quanh trục của nó. Ngẫu nhiên, mức độ nghiêm trọng nhân tạo trên một con tàu vũ trụ, được thiết kế theo nguyên tắc này được thể hiện đủ thường xuyên trong phim khoa học viễn tưởng.

Con tàu thùng hình, xoay quanh một trục dọc, một lực ly tâm, hướng trong đó tương ứng với bán kính của đối tượng. Để tính toán khả năng tăng tốc kết quả là cần thiết để phân chia lực lượng trên mặt đất.

Biết được người vật lý tìm thấy điều này không phải là khó khăn: a = ω²R.

Trong công thức này, các kết quả tính toán - khả năng tăng tốc, người đầu tiên biến - nút tốc độ (đo bằng radian trên giây), thứ hai - bán kính.

Theo đó, cho chúng tôi được sử dụng để g, bạn phải kết hợp một cách chính xác vận tốc góc và bán kính của các phương tiện giao thông không gian.

Vấn đề này được chiếu sáng trong các bộ phim như "Intersol" "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" và những thứ tương tự. Trong tất cả những trường hợp này, mức độ nghiêm trọng nhân tạo gần gũi hơn với gia tốc trọng trường của trái đất.

Không có vấn đề như thế nào tốt các ý tưởng, nó là khá khó khăn để thực hiện.

phương pháp của vấn đề "băng chuyền"

Vấn đề rõ ràng nhất được nhấn mạnh trong "A Space Odyssey". Radius "hãng không gian" là khoảng 8 mét. Để có được khả năng tăng tốc trong 9,8, luân chuyển nên diễn ra với tốc độ khoảng 10,5 từng phút của doanh thu.

Khi các giá trị biểu hiện "hiệu ứng Coriolis", mà là ở những khoảng cách khác nhau từ hiệu ứng sàn của sức mạnh khác nhau. Nó phụ thuộc vào vận tốc góc.

Nó chỉ ra rằng mức độ nghiêm trọng nhân tạo trong không gian được tạo ra, nhưng xoay quá nhanh chóng của cơ thể sẽ dẫn đến các vấn đề với tai trong. Điều này, đến lượt nó, gây ra sự mất cân bằng, các vấn đề với hệ thống tiền đình và khác - tương tự - những thách thức.

Sự xuất hiện của hàng rào này chỉ ra rằng mô hình này là rất đáng tiếc.

Bạn có thể cố gắng đi trên ngược lại, như chúng ta đã làm trong cuốn tiểu thuyết "World-Ring". Đây là con tàu là dưới hình thức một chiếc nhẫn có bán kính xấp xỉ so với bán kính quỹ đạo của chúng tôi (khoảng 150 triệu km). Ở kích cỡ này, tốc độ quay là đủ để bỏ qua các hiệu ứng Coriolis.

Chúng ta có thể giả định rằng vấn đề được giải quyết, nhưng nó không phải là như vậy. Thực tế là tổng kim ngạch của cấu trúc xung quanh trục của nó phải mất 9 ngày. Điều này cho thấy tải là quá cao. Để thiết kế bền vững của họ, nó đòi hỏi một loại vật liệu rất mạnh, hiện không sẵn có. Hơn nữa, vấn đề là số tiền của quá trình vật chất và xây dựng trực tiếp.

Trong trò chơi của các đối tượng tương tự, như trong bộ phim "Babylon 5", những vấn đề này bằng cách nào đó được giải quyết: đó là đủ tốc độ quay, hiệu ứng Coriolis là không đáng kể, giả thuyết có thể tạo ra một con tàu như vậy.

Tuy nhiên, ngay cả những thế giới có một nhược điểm. Tên của ông - đà.

Con tàu, xoay quanh trục của nó, được chuyển đổi thành một con quay hồi chuyển khổng lồ. Như bạn đã biết, làm cho con quay hồi chuyển ra khỏi trục là vô cùng khó khăn do sự xung lượng góc. Điều quan trọng là số tiền không rời khỏi hệ thống. Điều này có nghĩa rằng thiết lập sự chỉ đạo của đối tượng sẽ rất khó khăn. Tuy nhiên, một vấn đề như vậy có thể được giải quyết.

Phát biểu

trọng lực nhân tạo trên trạm không gian trở nên có sẵn khi sự trợ giúp đến "O'Neill xi lanh." Để tạo cấu trúc này đòi hỏi tàu hình trụ giống hệt nhau kết nối dọc theo trục. Họ phải được luân chuyển theo các hướng khác nhau. Kết quả của hội đồng này là mômen động lượng zero, vì vậy không nên có vấn đề với việc cho con tàu hướng cần thiết.

Nếu có thể, làm cho tàu có bán kính khoảng 500 mét, sau đó nó sẽ hoạt động đúng như mong muốn. Trong trường hợp này, mức độ nghiêm trọng nhân tạo trong không gian khá thoải mái và thích hợp cho các chuyến bay dài trong tàu hoặc các trạm nghiên cứu.

Space Engineers

Làm thế nào để tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo, nó được biết đến những người sáng tạo của trò chơi. Tuy nhiên, trong thế giới tưởng tượng này của lực hấp dẫn - nó không phải là một điểm thu hút lẫn nhau của các cơ quan, nhưng lực lượng tuyến tính, được thiết kế để tăng tốc độ các mục theo một hướng nhất định. Sự hấp dẫn ở đây không phải là tuyệt đối, nó được thay đổi khi chuyển hướng nguồn.

trọng lực nhân tạo trên trạm vũ trụ được tạo ra bằng cách sử dụng một máy phát điện đặc biệt. Cô đồng quay đồng bộ và một khu vực máy phát điện. Vì vậy, trong thế giới thực, bị kẹt trong chiếc xe, trong đó một máy phát điện, bạn sẽ bị thu hút bởi cơ thể. Tuy nhiên, người anh hùng của trò chơi sẽ giảm miễn là hành động không để lại các thiết bị ngoại vi.

Cho đến nay, mức độ nghiêm trọng nhân tạo trong không gian, tạo ra một thiết bị như vậy là không có sẵn cho nhân loại. Tuy nhiên, ngay cả các nhà phát triển tóc xám không ngừng mơ về nó.

máy phát hình cầu

Đây là một phiên bản thực tế hơn về các thiết bị. Khi cài đặt một hướng trọng lực của máy phát điện. Điều này làm cho nó có thể để tạo ra một trạm, mức độ nghiêm trọng trong số đó sẽ tương đương với hành tinh.

máy ly tâm

Hôm nay trọng lực nhân tạo trên trái đất được tìm thấy trong một loạt các thiết bị. họ được dựa, chủ yếu là, vào quán tính, kể từ khi lực lượng này được cảm nhận của chúng tôi tương tự như hiệu ứng hấp dẫn - cơ thể không phân biệt giữa nguyên nhân của sự tăng tốc là gì. Như một ví dụ: một người đàn ông đang lên trong thang máy, cảm thấy những ảnh hưởng của quán tính. Các nhà vật lý: thang máy tăng thêm vào sự tăng tốc của tốc rơi tự do của taxi. Khi bạn quay lại phong trào buồng lái đo "được" trọng lượng biến mất, trả lại cảm giác bình thường.

Các nhà khoa học từ lâu đã quan tâm đến trọng lực nhân tạo. Các máy ly tâm thường được sử dụng cho những mục đích. Phương pháp này phù hợp không chỉ đối với các tàu vũ trụ, mà còn cho các trạm mặt đất, mà đòi hỏi phải nghiên cứu những tác động của lực hấp dẫn trên cơ thể con người.

Khám phá thế giới, được sử dụng trong ...

Mặc dù việc nghiên cứu hấp dẫn bắt đầu từ không gian, nó là đất khoa học rất. Thậm chí ngày nay những thành tựu trong lĩnh vực này đã được áp dụng, ví dụ, trong y học. Biết cho dù đó là có thể tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo trên hành tinh này, bạn có thể sử dụng nó để điều trị các vấn đề với vận động hoặc của hệ thần kinh. Hơn nữa, nghiên cứu của các lực lượng tham gia vào vị trí đầu tiên trên Trái đất. Điều này cho phép các phi hành gia tiến hành các thí nghiệm trong khi vẫn ở trọng tâm của các bác sĩ. Một điều nữa là mức độ nghiêm trọng nhân tạo trong không gian, không có người có thể giúp các phi hành gia trong trường hợp khẩn cấp.

Giữ trong tâm trí không trọng lượng hoàn thành, nó là không thể để đưa vào tài khoản một vệ tinh vào quỹ đạo Trái Đất. Những đối tượng, mặc dù ở một mức độ nhỏ, ảnh hưởng đến sự hấp dẫn. Lực hấp dẫn, trong trường hợp này, được gọi là không trọng lực. Bất lực hấp dẫn chỉ được thử nghiệm máy, bay với tốc độ không đổi trong không gian vũ trụ. Tuy nhiên, cơ thể con người không cảm nhận được sự khác biệt.

Trải nghiệm không trọng lượng có thể là một bước nhảy kéo dài (trước khi tán sẽ mở ra) hoặc trong một máy bay giảm parabol. thí nghiệm như vậy thường được đặt ở Mỹ, nhưng trên một chiếc máy bay mà cảm giác kéo dài chỉ 40 giây - đó là quá nhỏ so với một cuộc điều tra đầy đủ.

Ở Liên Xô trở lại vào năm 1973 chúng ta đã biết cho dù đó là có thể tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo. Và không chỉ tạo ra nó, mà còn một cách nào đó đã thay đổi. Một ví dụ nổi bật của nhân tạo giảm của trọng lực - ngâm khô, ngâm. Để đạt được hiệu quả mong muốn cần thiết để đưa một bộ phim dày đặc trên bề mặt của nước. Con người được đặt trên đầu trang của nó. Dưới sức nặng của cơ thể cơ thể được đắm mình vào trong nước, chỉ có người đứng đầu vẫn còn ở đầu trang. Mô hình này thể hiện không được hỗ trợ với trọng lực thấp, đó là đặc trưng của đại dương.

Không cần phải đi vào không gian để cảm nhận được ảnh hưởng của các lực lượng đối lập không trọng lượng - hypergravity. Trong khi cất cánh và hạ cánh của tàu vũ trụ, máy ly tâm trạng quá tải không chỉ có thể cảm nhận, mà còn để khám phá.

xử lý của trọng lực

nghiên cứu vật lý hấp dẫn bao gồm những ảnh hưởng của không trọng lượng trên cơ thể con người trong một nỗ lực để giảm thiểu những hậu quả. Tuy nhiên, một số lượng lớn các thành tựu của khoa học này có thể được cư dân hữu ích và bình thường của hành tinh.

Great Expectations bác sĩ trao trên nghiên cứu về hành vi của các enzyme cơ bắp trong bệnh cơ. Đó là một căn bệnh nghiêm trọng dẫn đến chết sớm.

Khi hoạt động thể chất tích cực trong máu của một người khỏe mạnh nhận được một số lượng lớn các enzyme kreatinofosfokinazy. Lý do cho hiện tượng này là không rõ ràng, có thể, tải tác động lên màng tế bào trong một cách mà nó "Leaky" như vậy. Bệnh nhân có bệnh cơ có tác dụng tương tự mà không cần tải. Các quan sát cho các phi hành gia cho thấy trong điều kiện không cung cấp tính nghiêm trọng của enzyme tích cực trong máu được giảm đáng kể. Phát hiện này cho thấy rằng việc sử dụng ngâm sẽ làm giảm tác động tiêu cực của các yếu tố dẫn đến bệnh cơ. Hiện nay đã tiến hành thí nghiệm trên động vật.

Điều trị một số bệnh hiện nay được thực hiện bằng cách sử dụng thu được trong việc nghiên cứu dữ liệu trọng lực, trong đó có nhân tạo. Ví dụ, không được điều trị bại não, đột quỵ, phù hợp với Parkinson thông qua ứng dụng của tải. Hầu như hoàn thành việc nghiên cứu các tác động tích cực hỗ trợ - giày khí nén.

Bay trên sao Hỏa?

những tiến bộ gần đây các nhà du hành đem lại hy vọng với thực tế của dự án. Nó có nhiều kinh nghiệm trong người hỗ trợ y tế với một kỳ nghỉ dài đi từ Trái Đất. Mang lại nhiều lợi ích và nhiệm vụ nghiên cứu đến mặt trăng, lực hấp dẫn đó là nhỏ hơn của chúng ta 6 lần. Bây giờ các phi hành gia và các nhà khoa học đã đặt cho mình một mục tiêu mới - lên sao Hỏa.

Trước khi bạn thức dậy, bạn cần phải nhận thức tất cả cho một vé để hành tinh Đỏ, ông hy vọng cơ thể ở giai đoạn đầu tiên của công việc - trên đường. Tính trung bình, con đường đến hành tinh sa mạc sẽ mất nửa năm - khoảng 500 ngày. Dựa trên đường chỉ có sức mạnh của riêng mình, chỉ cần chờ đợi sự giúp đỡ từ bất cứ nơi nào.

Làm suy yếu các lực lượng sẽ có nhiều yếu tố: sự căng thẳng, bức xạ, sự vắng mặt của một từ trường. Các bài kiểm tra quan trọng nhất cho cơ thể - thay đổi lực hấp dẫn. Du lịch người "làm quen" với nhiều cấp độ của lực hấp dẫn. Chủ yếu là tình trạng quá tải này cất cánh. Sau đó - không trọng lượng trong suốt chuyến bay. Sau đó -. Hypogravity tại điểm đến, có nghĩa là, trọng lực trên sao Hỏa ít nhất 40% của trái đất ..

Làm thế nào để đối phó với những tác động tiêu cực của không trọng lượng trong một chuyến bay dài? Người ta hy vọng rằng sự phát triển trong lĩnh vực trọng lực nhân tạo sẽ giúp giải quyết vấn đề này trong tương lai gần. Các thí nghiệm trên chuột, đi du lịch bằng "Cosmos-936" chứng minh rằng phương pháp này không giải quyết được mọi vấn đề.

OS Kinh nghiệm cho thấy rằng nó là nhiều hơn nữa hữu ích cho các sinh vật có khả năng mang lại việc sử dụng các mô phỏng, có thể xác định tải trọng cần thiết cho mỗi phi hành cá nhân.

Trong khi người ta tin rằng sao Hỏa bay không chỉ các nhà nghiên cứu, mà còn cho khách du lịch những người muốn thiết lập một thuộc địa trên hành tinh Đỏ. Đối với họ, ít nhất là lúc đầu, cảm giác được trong không trọng lượng lớn hơn những lý do các bác sĩ về sự nguy hiểm nghỉ kéo dài trong những điều kiện này. Tuy nhiên, sau một vài tuần và cần sự giúp đỡ cho họ lý do tại sao nó là rất quan trọng để có thể tìm thấy một cách để xây dựng trên một trọng lực nhân tạo tàu vũ trụ.

kết quả

Có gì kết luận có thể được thực hiện về việc tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo trong không gian?

Trong số tất cả các tùy chọn được coi là hiện xoay thiết kế trông thực tế hơn. Tuy nhiên, theo sự hiểu biết hiện tại của định luật vật lý đó là không thể, bởi vì con tàu - đây không phải là một hình trụ rỗng. Bên trong nó có những chồng chéo gây trở ngại cho việc thực hiện các ý tưởng.

Bên cạnh đó, các tàu bán kính phải đủ lớn để tác động Coriolis là không có ảnh hưởng đáng kể.

Để quản lý một cái gì đó như thế, phải mất xi lanh O'Neill đề cập ở trên, mà sẽ làm cho nó có thể điều khiển con tàu. Trong trường hợp này, cơ hội tăng cho việc sử dụng một cấu trúc như vậy cho sứ mệnh liên hành đảm bảo đội một mức độ thoải mái của lực hấp dẫn.

Trước khi nhân loại sẽ có thể dịch ước mơ của mình thành hiện thực, chúng tôi muốn nhìn thấy trong các tác phẩm của tiểu thuyết một chút thực tế hơn và hiểu biết hơn về các định luật vật lý.