gravidade artificial é e como criar

Mesmo uma pessoa que não está interessada no espaço, pelo menos uma vez viu um filme sobre viagens espaciais ou lida sobre essas coisas nos livros. Quase em todas essas obras, as pessoas atravessam o navio, dormem normalmente, não experimentam problemas com a ingestão de alimentos. Isso significa que, nestes – navios fictícios, há gravidade artificial. A maioria dos espectadores percebe isso como algo completamente natural, mas isso não é assim.

Gravidade artificial

Este é o nome da mudança (em qualquer direção) da gravidade usual para nós, aplicando vários métodos. E isso é feito não só em trabalhos fantásticos, mas também em situações terrenas muito reais, na maioria das vezes para experiências.

Em teoria, a criação da gravidade artificial não parece tão difícil. Por exemplo, pode ser recriado por inércia, mais precisamente, por força centrífuga. A necessidade deste poder não surgiu ontem – aconteceu imediatamente, assim que uma pessoa começou a sonhar com longos vôos espaciais. A criação da gravidade artificial no espaço permitirá evitar a multiplicidade de problemas que surgem durante a exposição prolongada à gravidade zero. Os cosmonautas enfraquecem os músculos, os ossos tornam-se menos duráveis. Viajando nestas condições por meses, você pode obter atrofia de alguns músculos.

Assim, até a data, a criação da gravidade artificial é uma tarefa de suprema importância, a exploração do cosmos sem essa habilidade é simplesmente impossível.

Matrimônio

Mesmo aqueles que conhecem a física apenas no nível do currículo escolar compreendem que a gravidade é uma das leis fundamentais do nosso mundo: todos os corpos interagem uns com os outros, experimentando mútua atração / repulsão. Quanto maior o corpo, maior a força de atração.

A terra é para a nossa realidade – o objeto é muito maciço. É por isso que todos os corpos, sem exceção, são atraídos por isso.

Para nós, isso significa aceleração da queda livre, que geralmente é medida em g, igual a 9,8 metros por segundo quadrado. Isso significa que, se não tivéssemos suporte sob nossos pés, teríamos caído a uma velocidade aumentando em 9,8 metros a cada segundo.

Assim, apenas graças à gravidade, podemos suportar, cair, comer e beber normalmente, entender onde está o topo, onde está o fundo. Se a atração desaparecer, estaremos sem peso.

Especialmente familiarizados com esse fenômeno são astronautas que se encontram no espaço em um estado de queda livre.

Teoricamente, os cientistas sabem como criar gravidade artificial. Existem vários métodos.

Grande massa

A opção mais lógica é tornar a nave espacial tão grande que a gravidade artificial nasce sobre ela. No navio, será possível sentir-se confortável, uma vez que a orientação no espaço não será perdida.

Infelizmente, esse método não é realista com o desenvolvimento moderno das tecnologias. Para construir esse objeto, é necessário muitos recursos. Além disso, para elevá-lo, será necessária uma incrível quantidade de energia.

Aceleração

Parece que, se você quiser alcançar g, igual à Terra, você só precisa dar ao navio um formato plano (tipo plataforma) e fazê-lo se mover ao longo da perpendicular para o plano com a aceleração desejada. Desta forma, a gravidade artificial será obtida e ideal.

No entanto, na realidade, tudo é muito mais complicado.

Em primeiro lugar, é necessário levar em conta a questão do combustível. Para que a estação seja constantemente acelerada, é necessário ter uma fonte de alimentação ininterrupta. Mesmo que apareça de repente um motor, não jogando matéria, a lei da conservação de energia permanecerá em vigor.

O segundo problema é a própria idéia de aceleração constante. De acordo com nosso conhecimento e leis físicas, é impossível acelerar até o infinito.

Além disso, esse transporte não é adequado para missões de pesquisa, pois deve acelerar constantemente – para voar. Ele não pode parar de estudar o planeta, ele nem mesmo conseguirá voar lentamente – devemos acelerar.

Assim, fica claro que essa gravidade artificial ainda não está disponível para nós.

Carrossel

Todo mundo sabe como a rotação do carrossel afeta o corpo. Portanto, o dispositivo de gravitação artificial por este princípio parece mais real.

Tudo o que está no diâmetro do carrossel, tende a cair fora dela a uma velocidade aproximadamente igual à velocidade de rotação. Acontece que a força que age ao longo do raio do objeto rotativo atua nos corpos. É muito parecido com a gravidade.

Então, você precisa de um navio que tenha uma forma cilíndrica. Neste caso, ele deve girar sobre seu eixo. Aliás, a gravidade artificial em uma nave espacial, criada por este princípio, é muitas vezes demonstrada em filmes de ficção científica.

O navio em forma de barril, que gira em torno do eixo longitudinal, cria uma força centrífuga, cuja direção corresponde ao raio do objeto. Para calcular a aceleração resultante, é necessário dividir a força em massa.

Conhecendo a física, as pessoas acham que não será muito difícil: a = ω²R.

Nesta fórmula, o resultado dos cálculos é a aceleração, a primeira variável é a velocidade do nó (medida no número de radianos por segundo), a segunda é o raio.

De acordo com isso, para obter o g usual, é necessário combinar competentemente a velocidade angular e o raio do transporte espacial.

Um problema semelhante é destacado em filmes como "Intersolah", "Babylon 5", "2001: Space Odyssey" e similares. Em todos estes casos, a gravidade artificial é aproximada da aceleração terrestre da gravidade.

Por mais que seja boa a ideia, é bem difícil perceber isso.

Os problemas do método "carrossel"

O problema mais óbvio é abordado na "Space Odyssey". O raio do "transportador espacial" é de cerca de 8 metros. Para obter uma aceleração de 9.8, a rotação deve ocorrer a uma velocidade de cerca de 10,5 voltas a cada minuto.

Com os valores indicados, o "efeito Coriolis" se manifesta, o que consiste no fato de que uma força diferente atua nas diferentes distâncias do chão. Depende diretamente da velocidade angular.

Acontece que a gravidade artificial no espaço será criada, mas uma rotação muito rápida do corpo levará a problemas com a orelha interna. Isso, por sua vez, causa desequilíbrios, problemas com o aparelho vestibular e outros – semelhantes – dificuldades.

O surgimento desta barreira sugere que esse modelo é extremamente infrutífero.

Você pode tentar ir do contrário, como fizeram na novela "The World-Ring". Aqui, o navio é feito sob a forma de um anel, cujo raio é próximo ao raio da nossa órbita (cerca de 150 milhões de km). Com esse tamanho, a velocidade de rotação é suficiente para ignorar o efeito de Coriolis.

Podemos assumir que o problema está resolvido, mas não é assim. O fato é que o volume de negócios completo desse design em torno de seu eixo leva 9 dias. Isso permite assumir que as cargas serão muito grandes. Para sobreviver à construção, é necessário um material muito forte, que não temos no momento. Além disso, o problema é a quantidade de material e o próprio processo de construção.

Em jogos de um tema similar, como no filme "Babylon 5", esses problemas são de alguma forma resolvidos: a velocidade de rotação é bastante suficiente, o efeito de Coriolis não é essencial, é possível criar esse navio hipoteticamente.

No entanto, mesmo esses mundos têm uma desvantagem. Seu nome é o momento do impulso.

O navio, girando em torno do eixo, se transforma em um enorme giroscópio. Como é sabido, é extremamente difícil forçar o giroscópio a se desviar do eixo devido ao momento angular. É importante que sua quantidade não saia do sistema. Isso significa que será muito difícil definir a direção desse objeto. No entanto, esse problema pode ser resolvido.

Solução de problemas

A gravidade artificial na estação espacial fica disponível quando o "cilindro O'Neill" vem ao resgate. Para criar este design, você precisa de navios cilíndricos idênticos conectados ao longo do eixo. Eles devem girar em direções diferentes. O resultado de tal montagem é o momento zero do pulso, então não deve haver dificuldades em dar ao navio a direção necessária.

Se for possível fazer um navio com um raio de cerca de 500 metros, então funcionará exatamente como deveria. Ao mesmo tempo, a gravidade artificial no espaço será bastante confortável e adequada para vôos longos em navios ou estações de pesquisa.

Engenheiros espaciais

Como criar gravidade artificial é conhecida pelos criadores do jogo. No entanto, neste mundo fantástico, a gravidade não é uma atração mútua de corpos, mas uma força linear projetada para acelerar objetos em uma determinada direção. A atração aqui não é absoluta, ela muda quando a fonte é redirecionada.

A gravidade artificial na estação espacial é criada usando um gerador especial. É uniforme e equidirecional na faixa do gerador. Então, no mundo real, atingindo o navio em que o gerador está instalado, você ficaria atraído pelo casco. No entanto, no jogo o herói vai cair até ele sair do perímetro do dispositivo.

Até à data, a gravidade artificial no espaço, criada por esse dispositivo, não está disponível para a humanidade. No entanto, mesmo os desenvolvedores de cabelos grisalhos não deixam de sonhar com isso.

Gerador esférico

Esta é uma versão mais realista do equipamento. Quando instalado, a gravidade tem uma direção para o gerador. Isso torna possível criar uma estação cuja gravidade seja igual a planetária.

Centrífuga

Hoje, a gravidade artificial na Terra ocorre em vários dispositivos. Eles são baseados, principalmente, na inércia, porque essa força é sentida por nós de forma semelhante à influência gravitacional – o organismo não distingue o que causa a aceleração. Como exemplo: uma pessoa escalada em um elevador, é afetada pela inércia. Com os olhos de um físico: o levantamento do elevador aumenta a aceleração do táxi para acelerar a queda livre. Quando o cockpit retorna a um movimento medido, o "ganho" em peso desaparece, retornando as sensações usuais.

Os cientistas já se interessaram pela gravidade artificial. A centrífuga é usada com esse propósito com mais freqüência. Este método é adequado não só para a nave espacial, mas também para estações terrestres nas quais é necessário estudar o efeito da gravidade no corpo humano.

Aprenda na Terra, aplique em …

Embora o estudo da gravidade tenha começado a partir do espaço exterior, é uma ciência muito terrestre. Mesmo hoje, as realizações neste campo encontraram sua aplicação, por exemplo, em medicina. Sabendo se é possível criar gravidade artificial no planeta, você pode usá-lo para tratar problemas com o aparelho do motor ou o sistema nervoso. Além disso, o estudo desta força está principalmente preocupado com a Terra. Isso permite que os cosmonautas conduzam experimentos, permanecendo sob o minucioso escrutínio dos médicos. Outra coisa é a gravidade artificial no espaço, não há pessoas que possam ajudar os astronautas no caso de uma situação imprevista.

Tendo em mente a ausência de peso total, não se pode levar em conta um satélite em uma órbita quase terrestre. Esses objetos, embora em pequena medida, são afetados pela gravidade. A gravidade, formada em tais casos, é chamada de microgravidade. A gravidade real é experimentada apenas em um veículo que voa a uma velocidade constante no espaço aberto. No entanto, o corpo humano não sente essa diferença.

Você pode experimentar infortúnio com um salto de comprimento (antes da abertura da cúpula) ou durante a descida parabólica da aeronave. Essas experiências são muitas vezes colocadas nos EUA, mas no plano, essa sensação dura apenas 40 segundos – é muito pouco para um estudo completo.

Na URSS, em 1973, eles sabiam se era possível criar gravidade artificial. E eles não apenas criaram, mas também mudaram de alguma forma. Um exemplo vívido de redução artificial da gravidade é a imersão em seco, a imersão. Para conseguir o efeito desejado, é necessário colocar um filme denso sobre a superfície da água. A pessoa é colocada em cima dela. Sob o peso do corpo, o corpo submerge sob a água, apenas a cabeça permanece acima dela. Este modelo demonstra falta de suporte com gravidade reduzida, que é característica do oceano.

Não há necessidade de entrar no espaço para sentir o efeito da ingravidez contrária da força – hipergravidade. Com a decolagem e aterragem da nave espacial, na centrífuga, a sobrecarga não só pode ser sentida, mas também estudada.

Tratamento com gravidade

Estudos de física gravitacional, entre outras coisas, o efeito da ingravidez no corpo humano, buscando minimizar as conseqüências. No entanto, um grande número de realizações desta ciência pode ser útil para os habitantes comuns do planeta.

Os médicos colocam grandes esperanças em estudos sobre o comportamento das enzimas musculares na miopatia. Esta é uma doença grave que leva à morte precoce.

Com exercícios físicos ativos, um grande volume da enzima creatinophosphokinase entra no sangue de uma pessoa saudável. A causa desse fenômeno não está clara, talvez a carga atue sobre a membrana celular de forma a "perfurar". Pacientes com miopatia recebem o mesmo efeito sem exercício. As observações de cosmonautas mostram que, na ausência de peso, a entrada da enzima ativa no sangue diminui significativamente. Esta descoberta sugere que o uso da imersão reduzirá o impacto negativo dos fatores que levaram à miopatia. No momento, experimentos são realizados em animais.

Algumas das doenças são tratadas hoje utilizando os dados obtidos no estudo da gravidade, incluindo artificial. Por exemplo, o tratamento de paralisia cerebral, acidentes vasculares cerebrais, parkinson aplicando trajes de carga é realizado. Estudos praticamente finalizados dos efeitos positivos do suporte – o sapato pneumático.

Devemos voar para Marte?

As últimas realizações dos cosmonautas dão esperança para a realidade do projeto. Existe uma experiência de apoio médico para uma pessoa com uma longa estadia longe da Terra. Muitos vôos de pesquisa para a Lua trouxeram muita utilidade, cuja força gravitacional é 6 vezes menor que a nossa nativa. Agora os astronautas e os cientistas estão estabelecendo um novo objetivo – Marte.

Antes de filmar para um bilhete para o Planeta Vermelho, você deve saber o que aguarda o corpo na primeira etapa do trabalho – na estrada. Em média, a estrada para o planeta do deserto levará um ano e meio – cerca de 500 dias. Contar na estrada terá apenas a sua própria força, não há lugar para esperar por ajuda.

Existem muitos fatores que prejudicarão a força: estresse, radiação, ausência de um campo magnético. O teste mais importante para o corpo é a mudança de gravidade. Na jornada, uma pessoa "conhece" vários níveis de gravidade. Em primeiro lugar, isso é sobrecarga durante a decolagem. Então – ingravidez durante o voo. Depois disso – hipogravidade no destino, porque a gravidade em Marte é inferior a 40% da gravidade da Terra.

Como você lida com o impacto negativo da ingravidez em um vôo longo? Espera-se que os desenvolvimentos no campo da criação da gravidade artificial ajudem a resolver esta questão no futuro próximo. Experimentos em ratos que viajam para Cosmos-936 mostram que esta técnica não resolve todos os problemas.

Experiência OS tem mostrado que é muito mais útil para o organismo é capaz de trazer a utilização de simuladores, capaz de determinar a carga necessária para cada astronauta individual.

Enquanto acredita-se que Marte voar não só pesquisadores, mas também para os turistas que querem estabelecer uma colônia no planeta vermelho. Para eles, pelo menos inicialmente, a sensação de estar na ausência de gravidade superam os motivos médicos sobre os perigos de estadia prolongada nessas condições. No entanto, depois de algumas semanas e precisam de ajuda para eles por que é tão importante ser capaz de encontrar uma maneira de construir uma gravidade artificial nave espacial.

resultados

Que conclusões podem ser feitas sobre a criação de gravidade artificial no espaço?

Entre todas as opções consideradas atualmente girando design parece mais realista. No entanto, sob a atual compreensão das leis da física, é impossível, porque o navio – este não é um cilindro oco. Dentro dele há sobreposição dificultando a implementação de idéias.

Além disso, o navio do raio deve ser grande o suficiente para que o efeito Coriolis é nenhum efeito significativo.

Para gerenciar algo assim, leva o cilindro O'Neill mencionado acima, o que tornará possível controlar o navio. Neste caso, as chances aumentam para o uso de tal estrutura para missões interplanetárias, garantindo a equipe um nível confortável de gravidade.

Antes da humanidade será capaz de traduzir seus sonhos em realidade, gostaríamos de ver nas obras de ficção um pouco mais realista e mais conhecimento das leis da física.