Orbital stantsiyadan videoda adam bir eşyanı yibere, o ise yanında qala. Ayaqlar tabanğa basmay, eşyalar masa üstüne tüşmey. Yer olarnı çekmekten vazgeçken kibi körüne. Amma stantsiyanı orbitada tutqan da Yerniñ çekimidir. Bu eki vaqia nasıl uyuşa?
Kosmonavtlar orbitada çekim olmağanı içün yüzmey. Adam, stantsiya ve serbest eşyalar çekim tesirinde beraber tüşe, şunıñ içün taban olarnı alttan tutmağa mecbur degil. Adetteki dayanç yükü yoq ola, çekim quveti ise qala. NASA: orbitada eşyalar niçün yüze.
Adetteki duyğu tabandan başlana
Odada turğanda Yer cismi aşağı çeke, amma taban onıñ serbest tüşmesine yol bermey. Ayaqlar tabanğa basa, taban ise ayaqlarğa yuqarı doğru tesir ete. Bu temas quvetine dayanç reaktsiyası derler. Atta qattı dayanç biraz şekil deñiştirip, yükke qarşılıq bere. OpenStax: dayanç quveti nasıl peyda ola.
Quvet terezisi tam bu tesirni qayd ete. Onda «bu yerde Yerniñ çekimi ne qadar» degen ayrı sensor yoq: yay ya da yük sensorı cisimnen temastan yük ala. Ev terezisi öz kalibrovkasına köre quvetni kilogram köstergesine çevire. Bizim çizimde ise quvet doğrudan nyutonnen, adamnıñ massası ayrı kösterilgen.
Sözlerni de belgilemek kerek. Ukrain mektep tarifinde ağırlıq — cisimniñ çekim neticesinde dayançqa ya da asqığa tesir etken quveti. Dayanç reaktsiyası ters yonğa, cisimniñ özüne tesir ete. Bunlar ayrı cisimlerge tesir etken ayrı quvetler, amma temas çiftinde modulları bir. Çekim quveti ise Yer ile cisim arasında başqa tesirdir. İngilizce çoq menbalarda weight çekim quvetini añlata, şunıñ içün tercimelerde tarifni teşkermek kerek. «Fizika, 10 sınıf» dersligi, §12, s.75.
Taban siznen beraber tüşse
Kiçik qapalı kabina, adam ve küre evel bir-birine nisbeten yerinde tura dep tasavur etiñiz. Şimdi olar serbest tüşmege başlay: ava muqavemeti ve başqa tış tesirler olmağan hayaliy tecribeni baqamız. Kiçik bir bölgede Yer çekimi olarğa emen bir türlü tezleşme bere.
Kabina adamnı tüşmekten tutmay — özü de yanında tüşe. Adamnı tabanğa basqan quvet de kerek degil. Yüksiz ideal terezi sıfır köstere. Küre itermeden yiberilse, adamğa nisbeten tez aşağı tüşmege başlamay: ekisi de emen bir türlü areket ete.
Bu ağırlıqsızlıq: ideal misalimizde cisim dayançqa ya da asqığa yük bermey. Massası yoq olmay, Yer onı çekmege devam ete, adam ve kabina beraber tezleşe. İçerdeki alışılmağan körünişni beraber tüşüv añlata. NASA Glenn: serbest tüşüv ve terezi.
Dallanma · FormulalarnenMecburiy degil · keçip ketmek mümkün
g sıfır olmağanda terezi nasıl sıfır köstere bilir
m — adamnıñ kilogramnen massası, g — yerli çekim tezleşmesi, a — kabinanıñ aşağı tezleşmesiniñ modulu olsun; soñki ekisiniñ birligi m/s². Tezleşme sürat vektorınıñ vaqıtnen deñişmesini tasvirley. Adamğa dayanç quvetini N dep belgilep, yuqarı yonnı müsbet sayayıq. Yalnız dayanç ve çekim tesir etse:
N − mg = − ma,; N = m(g − a).
a = 0 olğanda N = mg: dayanç çekimni deñleştire. Beraber serbest tüşkende a = g, şunıñ içün N = 0, amma mg sıfır degil. Şartlı m = 60 kg ve g = 9,8 m/s² içün çekim quveti 588 N qala.
Bu emen bir türlü çekim meydanında yerli vertikal model. Saqlanğan temas içün 0 ≤ a ≤ g alamız; taban aşağı daa küçlü tezleşse, adamdan uzaqlaşır, «menfiy reaktsiya» yaratmaz. Formula bütün orbitanı esaplamay.
Orbitada tüşüv yüzeyge urulmaqnen bitmey
Adetteki qısqa vertikal yol bir vaqıt yerge yeter. Orbitada stantsiyanıñ yanğa doğru kâfi sürati de bar: çekim onıñ areketini Yerge doğru bükkende, yuvarlaq yüzey traektoriyadan aşağıda qala. Stantsiya Yer üstünde turmay, Yer etrafında tüşe. Daireviy orbitada yükseklik sabit qala bilir, amma sürat vektorınıñ yonu devamlı deñişe. Bu yon deñişmesi de tezleşmedir.
İçerdeki adamnıñ evelden emen aynı orbital sürati bar. Çekim onıñ areketini stantsiyanıñkine beñzer türlü deñiştire. Şunıñ içün adamnı devamlı yuqarı itergen taban kerek degil. Bu izaat içün apparatnı alttan devamlı tutqan motor da kerek degil. NASA: serbest tüşüv nasıl orbital ola.
Bu vaqıtta Yer merkezine mesafe pek büyük miqdarda artmay. Sade sferik modelde şartlı 400 km yükseklikte çekim tezleşmesi taqriben 8,7 m/s², yani yüzeydekinin taqriben 89% qısmıdır. Bu stantsiyanıñ areketini küçlü deñiştirmege yeter. 400 km bu yerde ögretici saylav, MKS orbitasınıñ şimdiki esabatı degil.
Üç vaziyetni qıyaslañız. Evel tahmin etiñiz: yüzey yanında dayançtan beraber tüşüvge keçkende ne deñişir — g-niñ özümi, yoqsa tabannen temas mı?
Çekim tesir ete. Dayançqa yük bar mı?
Kabina serbest tüşmege başlağanda g deñişirmi, tahmin etiñiz. Bir vaziyet saylap, çekimni tereziniñ köstergeni ile qıyaslañız. Klaviatura oqları saylavnı deñiştire.
Dallanma · SayılarnenMecburiy degil · keçip ketmek mümkün
89 protsent qaydan kele
Sferik, aylanmağan Yer modelinde tıştaki çekim yer üstündeki yükseklikniñ degil, merkezge mesafeniñ kvadratına ters nisbeten zayıflana. R ≈ 6371 km — Yer radiusı, h = 400 km — yükseklik, g_(0) ≈ 9,8 m/s² — yuvarlaqlanğan yüzey orientiri olsun. O vaqıt:
(g(h))/(g_(0)) = (((R)/(R + h)))^(2); = (((6371)/(6771)))^(2); ≈ 0,885.
g(h) ≈ 8,7 m/s² alamız. Aynı 60 kg massa içün çekim quveti sıfır degil, taqriben 521 N olur edi. Radiuslar nisbetiniñ birligi yoq; eki radiusnı aynı birliklerde yazmaq kerek. Yerniñ aylanması, yastılığı ve meydannıñ yerli farqları alınmağan. NASA: Yerniñ radiusı ve parametrleri, OpenStax: çekim qanunı.
Kerçek stantsiya idealge yalnız yaqınlaşa
Kerçek apparatta kiçik qoşma tesirler bar. Siyrek üst atmosfera stantsiyanı yavaşlata; ventilâtorlar ve nasoslar çalışa, adamlar areket ete, bazan motorlar açıla. Çekim de büyük apparatnıñ ayrı qısımlarında biraz farq ete. Şunıñ içün eşyalar yavaş süzüle ve titreşimlerni duyabilir.
Bu yerde «mikroçekim» sözü kiçik qalıntı nisbiy tezleşmeler ve yükler olğan müitni tasvirley. O, Yerniñ büyük g büyüklügi yüzeydekinin milliondan birine çevirildi demek degil. Böyle müitniñ sıfatı yerge, vaqıtqa ve cihazlarnıñ areketine bağlı. NASA: araştırıcılar içün rehber, s.42–43.
İzaatnıñ sade bir sıñırı da bar: vakuumnıñ özü ağırlıqsızlıq yaratmay. Vakuum kamerasında cisim yerinde turğan dayançqa tayansa, çekim ve dayanç yükü saqlana. Kosmonavt tutqaçtan itelse ise, kabinağa nisbeten areket alır: ağırlıqsızlıq itüvni silmey ve massanı sıfır yapmay.
Çizimde özüñizni teşkeriñiz: g sayıları başqa olsa da, terezi niçün yüzey yanında da, orbitada da sıfır köstere bilir? Çünki eki serbest vaziyette de adamnı yüklengen dayanç tutmay. Sıfır kösterge Yerniñ ya da çekimniñ yoq oluvı aqqında degil, temas quveti aqqında ayta.
Demek, kosmonavt stantsiyanen beraber serbest tüşkende yüze. Üç vaziyetke qaytıp, yalnız eki quvetni izlep baqıñız: adamğa çekimni ve tabannıñ oña tesirini. Kurstaki soñraki sual — massa nedir ve ağırlıqtan ne ile farq ete — bu farqnı pekiştirir.