RUSYA FEDERASYONU EĞİTİM VE BİLİM BAKANLIĞI

BELEDİYE EĞİTİM KURULUŞU

ORTAÖĞRETİM OKULU №4

isim

KONU HAKKINDA FİZİK ÜZERİNE:

AĞIRLIKSIZLIK

İş tamamlandı:

10 "B" sınıfı Khlusova Anastasia

Süpervizör:

Fizik öğretmeni

giriiş

Ağırlıksızlık olgusu her zaman ilgimi çekmiştir. Yine de her insan uçmak ister ve ağırlıksızlık uçuş durumuna yakın bir şeydir. Çalışmanın başlangıcından önce, sadece ağırlıksızlığın uzayda gözlemlenen bir durum olduğunu biliyordum. uzay gemisi tüm nesnelerin uçtuğu ve astronotların Dünya'daki gibi ayakları üzerinde duramadığı.

Ağırlıksızlık, astronotlar için olağandışı bir fenomenden daha fazla bir problemdir. Bir uzay aracında uçuş sırasında sağlık sorunları ortaya çıkabilir ve indikten sonra astronotların yürümeyi ve ayakta durmayı yeniden öğrenmeleri gerekir. Bu nedenle, ağırlıksızlığın ne olduğunu ve uzayda seyahat eden insanların refahını nasıl etkilediğini bilmek çok önemlidir. Sonuç olarak, ağırlıksızlığın vücut üzerindeki olumsuz etki riskini azaltacak programlar oluşturarak bu sorunu çözmek gerekir.

Çalışmamın amacı, ağırlıksızlık kavramını karmaşık bir biçimde vermek (yani, onu farklı açılardan ele almak), bu kavramın sadece uzay araştırmalarında değil, insanlar üzerindeki olumsuz etkisini değil, aynı zamanda alaka düzeyini belirtmektir. bu etkiyi azaltmak için icat edilen teknolojinin Dünya üzerinde kullanılma olasılığı çerçevesinde; karasal koşullarda uygulanması zor veya imkansız olan bazı teknolojik süreçleri yürütmek.

Bu özetin amaçları:

1) Bu fenomenin oluşum mekanizmasını anlayın;

2) Bu mekanizmayı matematiksel ve fiziksel olarak tanımlayın;

3) Ağırlıksızlık hakkında ilginç gerçekleri anlatın;

4) Ağırlıksızlık durumunun uzay aracındaki, istasyondaki vb. insanların sağlığını nasıl etkilediğini anlamak, yani ağırlıksızlığa biyolojik ve tıbbi açıdan bakmak;

5) Malzemeyi işleyin, genel kabul görmüş kurallara göre düzenleyin;

6) İşlenen malzemeye dayalı bir sunum oluşturun.

Deneme yazma sürecinde kullandığım kaynaklar ders kitapları, ansiklopediler, internettir.

Bölüm 1. Vücut ağırlığı ve ağırlıksızlık

1.1. Vücut ağırlığı

Teknolojide ve günlük yaşamda vücut ağırlığı kavramı yaygın olarak kullanılmaktadır.

vücut ağırlığı tüm desteklere, süspansiyonlara yerçekimi varlığında etki eden toplam elastik kuvvet denir.

Vücut ağırlığı P, yani vücudun desteğe etki ettiği kuvvet ve desteğin vücuda etki ettiği elastik kuvvet FY (Şekil 1), Newton'un üçüncü yasasına göre mutlak değerde eşittir. ve ters yönde: P = - Fu

Gövde yatay bir yüzey üzerinde duruyorsa veya düzgün bir şekilde hareket ediyorsa ve yalnızca yerçekimi kuvveti FТ ve desteğin yanından elastik kuvvet FУ etki ediyorsa, o zaman eşitlikten sıfıra vektör toplamı bu kuvvetler eşit olmalıdır: FT=- FY.

http://pandia.ru/text/78/040/images/image005_5.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12"> Hızlandırılmış vücut hareketi ve destek ağırlığı P, yerçekimi FT'den farklı olacaktır.

Newton'un ikinci yasasına göre, m kütleli bir cisim yerçekimi FT ve elastik kuvvet Fy etkisi altında a ivmesi ile hareket ettiğinde, FT + FY = ma eşitliği sağlanır.

http://pandia.ru/text/78/040/images/image016_2.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">.png" width= "22" height="12">.png" width="22" height="12">.png" width="22" height="12">P = - Fy ve FT + Fy = ma denklemlerinden : P \u003d FТ - ma \u003d mg - ma veya P \u003d m (g - a).

http://pandia.ru/text/78/040/images/image026_1.png" width="21" height="12"> A ivmesi dikey olarak aşağıya doğru yönlendirildiği zaman asansör hareketi durumunu ele alalım. OY (Şek. 2) dikey olarak aşağıyı gösterir, sonra P, g ve a vektörleri OY eksenine paralel olur ve izdüşümleri pozitif olur, o zaman P = m(g - a) denklemi şu şekilde olur: Py = m(gY - aY).

İzdüşümler pozitif ve koordinat eksenine paralel olduğundan, vektör modülleri ile değiştirilebilirler: P = m(g - a).

Serbest ve düşme ivmesi ile ivme yönü aynı olan bir cismin ağırlığı, duran cismin ağırlığından daha azdır.

1.2. İvme ile hareket eden bir cismin ağırlığı

Hızla hareket eden bir asansördeki bir cismin ağırlığından bahsederken, üç durum dikkate alınır (dinlenme veya düzgün hareket durumu hariç):

1) http://pandia.ru/text/78/040/images/image029_1.png" width="21" height="12">Asansör yukarı doğru ivme ile hareket eder (aşırı yükler, vücut ağırlığı yerçekiminden fazladır, P =mg+ma);

2) http://pandia.ru/text/78/040/images/image029_1.png" width="21" height="12">Asansör aşağı doğru ivme ile hareket eder (ağırlık azalır, vücut ağırlığı yerçekiminden daha azdır, P=mg-ma);

3) Asansör düşüyor (ağırlıksızlık, vücut ağırlığı sıfır, P=0).

Bu üç durum, tüm durumları niteliksel olarak tüketmez. 4. durumu dikkate almak mantıklıdır, böylece analiz tamamlanır. (Aslında, ikinci durumda, bir< g. Третий случай есть частный для второго при a = g. Случай a >g dikkate alınmadı.) Bunu yapmak için öğrencilere ilk başta onları şaşırtan bir soru sorabilirsiniz. : “Bir insanın tavanda yürüyebilmesi için asansör nasıl hareket etmelidir?”Öğrenciler asansörün hareket etmesi gerektiğini çabucak "tahmin eder" aşağı doğru ivme ile büyük g. Gerçekten de: P=mg-ma formülüne göre asansörün aşağı ivmesindeki bir artışla, vücut ağırlığı azalacaktır. a ivmesi g'ye eşit olduğunda, ağırlık sıfır olur. İvmeyi artırmaya devam ederseniz, vücudun ağırlığının yön değiştireceğini varsayabiliriz.

Bundan sonra, vücut ağırlığı vektörünü şekilde gösterebilirsiniz:

Bu problemi ters formülle çözebilirsiniz: “a > g ivmesi ile aşağı inen bir asansörde cismin ağırlığı ne olur?” Bu görev biraz daha zordur, çünkü öğrencilerin düşünme ataletinin üstesinden gelmeleri ve "yukarı" ve "aşağı" yerlerini değiştirmeleri gerekir.

4. duruma pratikte gelmediği için ders kitaplarında yer verilmediği şeklinde bir itiraz olabilir. Ancak asansörün düşmesi de sadece problemlerde bulunur, ancak yine de uygun ve kullanışlı olduğu için düşünülür.

Aşağıya veya yukarıya doğru ivmeli hareket sadece bir asansörde veya rokette değil, aynı zamanda akrobasi yapan bir uçağın hareketi sırasında ve ayrıca bir vücut dışbükey veya içbükey bir köprü boyunca hareket ettiğinde gözlenir. Dikkate alınan 4. vaka, “ ölü döngü". Üst noktasında, ivme (merkezcil) aşağı doğru yönlendirilir, desteğin tepki kuvveti aşağı doğru ve vücudun ağırlığı yukarı doğrudur.

Bir durum düşünelim: Bir astronot gemiyi uzaya bıraktı ve bireysel bir roket motorunun yardımıyla mahallede yürüyüşe çıktı. Geri dönerken, motoru biraz fazla maruz bıraktı, gemiye aşırı hızla yaklaştı ve dizine çarptı. O acıyacak mı?

- Olmayacak: sonuçta, ağırlıksızlıkta bir astronot tüyden daha hafiftir, - böyle bir cevap duyulabilir.

Cevap yanlış. Dünya'daki çitten düştüğünüzde, siz de bir ağırlıksızlık halindeydiniz. Vurulduğunda için yeryüzü fark edilir bir g kuvveti hissettiniz, düştüğünüz yer ne kadar sertse ve yerle temas anında hızınız o kadar yüksekti.

Ağırlıksızlık ve ağırlığın çarpma ile hiçbir ilgisi yoktur. Burada ağırlık değil, kütle ve hız önemlidir.

Yine de, astronot gemiye çarptığında sizin yere çarptığınız zamanki kadar incinmeyecektir (ceteris paribus: aynı kütleler, göreli hızlar ve engellerin aynı sertliği). Geminin kütlesi, Dünya'nın kütlesinden çok daha azdır. Bu nedenle, gemi ile çarpışma üzerine, astronotun kinetik enerjilerinin gözle görülür bir kısmı, kinetik enerji gemi ve deformasyonların payı daha az olacaktır. Gemi ek hız kazanacak ve astronotun acı hissi o kadar güçlü olmayacak.

1.3. ağırlıksızlık

Vücut, destekle birlikte serbestçe düşerse, o zaman a = g, o zaman formülden

P = m(g – a) bundan P = 0 çıkar.

Sadece yerçekimi etkisi altında serbest düşüşün hızlanması ile desteğin hareketi sırasında ağırlığın kaybolmasına denir. ağırlıksızlık.

İki tür ağırlıksızlık vardır.

Üzerinde meydana gelen kilo kaybı uzun mesafe itibaren gök cisimleri yerçekiminin zayıflaması nedeniyle statik ağırlıksızlık denir. Ve bir kişinin yörüngede uçuş sırasında bulunduğu durum dinamik ağırlıksızlıktır.

Tamamen aynı görünüyorlar. İnsan duyguları aynıdır. Ama nedenleri farklı.

Uçuştaki astronotlar yalnızca dinamik ağırlıksızlıkla ilgilenir.

"Dinamik ağırlıksızlık" ifadesi, "hareketten kaynaklanan ağırlıksızlık" anlamına gelir.

Dünyanın çekimini ancak ona direndiğimizde hissederiz. Sadece düşmeyi "reddettiğimizde". Ve düşmeyi “kabul ettiğimiz” anda, ağırlık hissi anında kaybolur.

Hayal edin - bir kayış üzerinde tutan bir köpekle yürüyorsunuz. Köpek bir yere koştu, kayışı çekti. Kayışın çekişini - köpeğin "çekişini" - ancak direnirken hissedersiniz. Ve köpeğin peşinden koşarsanız, kayış sarkacak ve çekim hissi kaybolacaktır.

Aynı şey Dünya'nın çekiciliği için de geçerlidir.

Uçak uçuyor. Kokpitte iki paraşütçü atlamaya hazırlandı. Toprak onları aşağı çekiyor. Ve yine de direniyorlar. Ayaklarını uçağın zeminine koydular. Dünyanın çekiciliğini hissediyorlar - ayak tabanları yere kuvvetle bastırılıyor. Ağırlıklarını hissediyorlar. "Kayış sıkı."

Ama burada Dünya'nın onları nereye çektiğini takip etmeyi kabul ettiler. Kapağın kenarında durduk ve aşağı atladık. "Kayış gevşek." Dünyanın yerçekimi hissi hemen kayboldu. Ağırlıksız hale geldiler.

Bu hikayenin devamı düşünülebilir.

Paraşütçülerle eş zamanlı olarak uçaktan büyük bir boş kutu düştü. Ve şimdi yan yana, aynı hızda, havada takla atarak uçuyorlar, paraşütlerini açmamış iki kişi ve boş bir kutu.

Bir adam uzandı, yakınlarda uçan bir kutuyu kaptı, içindeki kapıyı açtı ve kendini içeri çekti.

Şimdi, iki kişiden biri kutunun dışına uçuyor, diğeri kutunun içine uçuyor.

Tamamen farklı hissedecekler.

Dışarıda uçan, hızla aşağıya doğru uçtuğunu görür ve hisseder. Rüzgar kulaklarında ıslık çalıyor. Yaklaşan Dünya uzaktan görülebilir.

Ve kutunun içinde uçan, kapıyı kapattı ve duvarları iterek kutu boyunca “yüzmeye” başladı. Ona öyle geliyor ki, kutu Dünya üzerinde sessizce duruyor ve kilo vermiş, akvaryumdaki bir balık gibi havada yüzüyor.

Açıkçası, iki paraşütçü arasında hiçbir fark yoktur. İkisi de aynı hızla Dünya'ya doğru uçuyor. Ama biri "Uçuyorum" der, diğeri "Yerinde yüzüyorum" derdi. Mesele şu ki, biri Dünya tarafından, diğeri ise içinde uçtuğu kutu tarafından yönlendiriliyor.

Bir uzay aracının kokpitinde dinamik ağırlıksızlık durumu tam olarak böyle ortaya çıkar.

İlk bakışta, bu anlaşılmaz görünebilir. Görünüşe göre uzay aracı bir uçak gibi Dünya'ya paralel uçuyor. Ve yatay olarak uçan bir uçakta ağırlıksızlık yoktur. Ancak uzay gemisi-uydusunun sürekli düştüğünü biliyoruz. Bir uçaktan çok bir uçaktan atılan bir kutuya benziyor.

Dinamik ağırlıksızlık bazen Dünya'da da meydana gelir. Ağırlıksız, örneğin, bir kuleden suya uçan yüzücüler-dalgıçlar. Kayakla atlama sırasında birkaç saniye kayakçılar için ağırlıksız. Taş gibi düşen paraşütçüler paraşütlerini açana kadar ağırlıksızdır. Astronotları otuz ila kırk saniye eğitmek için bir uçakta ağırlıksızlık yaratın. Bunu yapmak için pilot bir "slayt" yapar. Uçağı hızlandırır, eğik bir şekilde yukarı doğru yükselir ve motoru kapatır. Uçak, elle atılan bir taş gibi ataletle uçmaya başlar. İlk başta biraz yükselir, sonra bir yayı tanımlar ve aşağı döner. Dünya'ya dalın. Bunca zaman, uçak serbest düşüş durumunda. Ve bunca zaman, kokpitinde gerçek ağırlıksızlık hüküm sürüyor. Daha sonra pilot motoru tekrar çalıştırır ve uçağı dikkatli bir şekilde dalıştan normal seviye uçuşa getirir. Motor açıldığında, ağırlıksızlık hemen kaybolur.

Ağırlıksızlık durumunda, ağırlıksızlık durumundaki bir cismin tüm parçacıkları yerçekiminden etkilenir, ancak yerçekimi yoktur. dış kuvvetler partiküllerin birbirleri üzerinde karşılıklı basıncına neden olabilecek vücut yüzeyine (örneğin, destek reaksiyonları) uygulanır. Benzer bir fenomen, Dünya'nın yapay bir uydusunda (veya bir uzay gemisinde) bulunan cisimler için gözlenir; bu cisimler ve tüm parçacıkları, uydu ile birlikte karşılık gelen başlangıç ​​​​hızını almış, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında yörüngeleri boyunca eşit ivmelerle, birbirlerine karşılıklı baskı uygulamadan, serbest olarak hareket ederler, yani ağırlıksızlık durumu. Asansördeki bir cisim gibi, yerçekimi kuvvetinden etkilenirler, ancak cisimlerin yüzeylerine uygulanan ve cisimlerin veya parçacıklarının birbirleri üzerinde karşılıklı basınçlara neden olabilecek herhangi bir dış kuvvet yoktur.

Genel olarak, dış kuvvetlerin etkisi altındaki bir cisim, aşağıdaki durumlarda ağırlıksız durumda olacaktır: a) etki eden dış kuvvetler yalnızca kütle ise (yerçekimi kuvvetleri); b) bu ​​vücut kuvvetlerinin alanı yerel olarak homojendir, yani alan kuvvetleri, cismin tüm parçacıklarına, konumlarının her birinde, büyüklük ve ivme yönü bakımından özdeştir; c) Cismin tüm parçacıklarının başlangıç ​​hızları modül ve yön bakımından aynıdır (cismin ileri doğru hareket etmesi). Böylece, boyutları dünyanın yarıçapına göre küçük olan herhangi bir cisim, serbest ileri hareket Dünya'nın yerçekimi alanında, diğer dış kuvvetlerin yokluğunda, ağırlıksız bir durumda olacaktır. Sonuç, diğer gök cisimlerinin yerçekimi alanındaki hareket için benzer olacaktır.

Cihazların ve düzeneklerin oluşturulduğu ve hata ayıklandığı ağırlıksızlık koşulları ile karasal koşullar arasındaki önemli fark nedeniyle yapay uydular Dünya, uzay araçları ve fırlatma araçları, ağırlıksızlık sorunu, astronotiğin diğer sorunları arasında önemli bir yer tutmaktadır. Bu, kısmen sıvı ile doldurulmuş tanklara sahip sistemler için çok önemlidir. Bunlar, LRE'li tahrik sistemlerini içerir (sıvı - Jet Motorları), uzay uçuşu koşullarına tekrar tekrar dahil edilmek üzere tasarlanmıştır. Ağırlıksız koşullar altında, sıvı, tankta keyfi bir pozisyon işgal edebilir, böylece sistemin normal işleyişini bozabilir (örneğin, yakıt tanklarından bileşenlerin beslenmesi). Bu nedenle, sıvı sevk sistemlerinin ağırlıksız koşullarda başlatılmasını sağlamak için aşağıdakiler kullanılır: Elastik ayırıcılar kullanılarak yakıt tanklarındaki sıvı ve gaz fazlarının ayrılması; sıvının bir kısmının ızgara sistemlerinin giriş cihazına sabitlenmesi (Agena roket aşaması); ana tahrik sistemini yardımcı güç yardımı ile açmadan önce kısa süreli aşırı yüklenmelerin (yapay "yerçekimi") oluşturulması roket motorları Yaşam destek sisteminin bazı birimlerinde ağırlıksız koşullar altında sıvı ve gaz fazları ayırmak için özel tekniklerin kullanılması da gereklidir. yakıt hücreleri güç kaynağı sistemleri (örneğin, gözenekli fitiller sistemi ile kondensin toplanması, sıvı fazın bir santrifüj kullanılarak ayrılması). mekanizmalar uzay aracı(açmak Solar paneller, antenler, yerleştirme için vb.) sıfır yerçekiminde çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

Ağırlıksızlık, karasal koşullar altında uygulanması zor veya imkansız olan bazı teknolojik süreçleri uygulamak için kullanılabilir (örneğin, hacim boyunca tek tip bir yapıya sahip kompozit malzemeler elde etmek, kuvvetler nedeniyle erimiş malzemeden tam bir küresel şekle sahip gövdeler elde etmek) yüzey gerilimi ve benzeri.). İlk kaynak deneyi çeşitli malzemeler Sovyet uzay aracı "Soyuz - 6" (1969) uçuşu sırasında sıfır yerçekimi vakumunda gerçekleştirildi. Amerikan Skylab yörünge istasyonunda (1973) bir dizi teknolojik deney (kaynak, erimiş malzemelerin akışını ve kristalleşmesini incelemek vb.) Gerçekleştirildi.

Bilim adamları uzayda çeşitli deneyler yapar, deneyler kurar, ancak çok az fikirleri vardır. son sonuç bu eylemler. Ancak herhangi bir deney kesin bir sonuç verdiyse, o zaman pratikte kazanılan bilgiyi nihayetinde açıklamak ve uygulamak için uzun süre kontrol etmeniz gerekir.

Aşağıda bazı deneylerin açıklamaları ve ilginç haberlerüzerinde hala yapılacak işlerin olduğu ağırlıksızlık hakkında.

1.4. Bu ilginç

1.4.1. Ağırlıksızlıkta alev

Yeryüzünde, yerçekimi nedeniyle, alevin şeklini belirleyen konveksiyon akımları ortaya çıkar. Yayılan kırmızı-sıcak kurum parçacıklarını yükseltirler görülebilir ışık. Bu nedenle alevi görüyoruz. Ağırlıksızlıkta konveksiyon akımları yoktur, kurum parçacıkları yükselmez ve mum alevi küresel bir şekil alır. Mum malzemesi doymuş hidrokarbonların bir karışımı olduğu için yandığında mavi alevle yanan hidrojen salmaktadır. Bilim adamları, sıfır yerçekiminde yangının nasıl ve neden yayıldığını anlamaya çalışıyorlar. Alevin ağırlıksız koşullar altında incelenmesi, bir uzay aracının yangına dayanıklılığını değerlendirmek ve özel yangın söndürme araçları geliştirmek için gereklidir. Böylece astronotların ve araçların güvenliğini sağlayabilirsiniz.

1.4.2. Sıvının titreşimi ağırlıksız halde kaynamasını hızlandırır

Ağırlıksızlıkta kaynama çok daha yavaş bir süreç haline gelir. Ancak Fransız fizikçilerin keşfettiği gibi, bir sıvının titreşimi onun şiddetli bir şekilde kaynamasına neden olabilir. Bu sonucun uzay endüstrisi için etkileri vardır.

Her birimiz, bir sıvının gazın etkisi altında faz geçişini defalarca gözlemledik. Yüksek sıcaklık, yani basitçe söylemek gerekirse, kaynatma işlemi. Isı kaynağından kopan buhar kabarcıkları yukarı doğru akar ve yerlerine yeni bir sıvı kısmı girer. Sonuç olarak, kaynamaya sıvının aktif olarak karıştırılması eşlik eder, bu da buhara dönüşüm hızını büyük ölçüde artırır.

Bu çalkantılı süreçte kilit rol, yerçekimi nedeniyle var olan balona etki eden Arşimet kuvveti tarafından oynanır. Ağırlıksızlık koşullarında ağırlık yoktur, "daha ağır" ve "daha hafif" kavramı yoktur ve bu nedenle ısıtılmış buhar kabarcıkları hiçbir yerde yüzmeyecektir. Isıtma elemanının etrafında, ısının sıvının tüm hacmine transferini önleyen bir buhar tabakası oluşur. Bu nedenle, sıvıların ağırlıksız olarak kaynatılması (ancak aynı basınçta ve hiç boşlukta değil!) Dünya'dakinden tamamen farklı bir şekilde ilerleyecektir. Tonlarca sıvı itici taşıyan uzay aracının başarılı çalışması için bu sürecin ayrıntılı bir şekilde anlaşılması şarttır.

Bu süreci anlamak için, neyin ne olduğunu anlamak çok önemlidir. fiziksel olaylar ağırlıksızlıkta kaynamayı hızlandırabilir. Fransız fizikçilerin yakın tarihli bir makalesi sonuçları açıklıyor Pilot çalışma yüksek frekanslı titreşimlerin kaynama hızını nasıl etkilediği.

Çalışan bir madde olarak araştırmacılar, en hafif roket yakıtı olan sıvı hidrojeni seçtiler. Ağırlıksızlık durumu, güçlü bir homojen olmayan yardımıyla yapay olarak yaratıldı. manyetik alan, bu sadece yerçekimi kuvvetini telafi etti (Manyetik süper iletkenlik: sıvı oksijende havaya yükselme makalemizde manyetik kaldırma hakkında bilgi edinin). Numunenin sıcaklığı ve basıncı, faz geçişinin olabildiğince yavaş gerçekleşmesi ve tüm özelliklerinin görülebilmesi için seçilmiştir.

Fransız fizikçilerin deneylerinin ana sonucu, ağırlıksız koşullar altında titreşimin sıvının buhara dönüşümünü hızlandırmasıdır. Titreşimin etkisi altında hafifçe içeride aşırı ısıtılmış sıvı bir "hacimsel dalgalanma" belirir: bir sıvı içinde küçük, bir milimetrenin kesirleri, buhar kabarcıklarından oluşan bir ağ. İlk başta, bu kabarcıklar yavaş büyür, ancak maruz kalmanın başlangıcından 1-2 saniye sonra tüm süreç keskin bir şekilde hızlanır: sıvı tam anlamıyla kaynar.

Yazarlara göre, bu davranışın iki nedeni vardır. İlk olarak, buhar kabarcıkları küçük olsa da, sıvının viskozitesi onları olduğu gibi "tutuyor" ve birbirlerine hızla yaklaşmalarını engelliyor. Büyük kabarcıklar için viskozite arka planda kaybolur ve bunların birleşmesi ve daha fazla büyümesi daha yoğun hale gelir. İkinci neden, sıvıların hareketini yöneten matematiksel yasaların özünde yatmaktadır. Bu yasalar doğrusal değildir, yani dış titreşimler yalnızca sıvının "ince sallanmasına" neden olmakla kalmaz, aynı zamanda içinde büyük ölçekli akışlar oluşturur. Çalışma hacmini etkili bir şekilde karıştıran ve sürecin hızlanmasına yol açan, hızlanan bu akımlardır.

Çalışmanın yazarları, keşfettikleri olgunun sadece uygulamalı değil, aynı zamanda tamamen bilimsel ilgi olduğunu vurgulamaktadır. Deneylerinde, kabarcık ağının evrimine eşlik eden karmaşık hidrodinamik akışlar, faz geçişi. Bu fenomenlerin her ikisi de birbirini destekler ve güçlendirir, bu da sıfır yerçekiminde bile aşırı sıvı kararsızlığına yol açar.

Yeryüzünde ve sıfır yerçekiminde kaynayan su (nasa.gov'dan görüntü)

Böylece, ağırlıksızlığın nedenlerini ve bu fenomenin özelliklerini anladıktan sonra, insan vücudu üzerindeki etkisi sorusuna geçebiliriz.

Bölüm 2Adam ve ağırlıksızlık

Biz kendi yerçekimimize alışkınız. Etrafımızdaki tüm nesnelerin bir ağırlığı olduğu gerçeğine alışkınız. Başka bir şeyi temsil etmiyoruz. Sadece hayatımız ağırlık koşullarında geçmedi. Dünyadaki tüm yaşam tarihi aynı koşullarda ilerledi. Dünyanın yerçekimi milyonlarca yıldır hiç kaybolmadı. Bu nedenle, gezegenimizde yaşayan tüm organizmalar uzun zamandır kendi ağırlıklarını desteklemeye adapte olmuşlardır.

Zaten en eski zamanlarda, hayvanların vücudunda, vücutları için destek haline gelen kemikler oluştu. Etkisi altındaki kemiksiz hayvanlar Yerçekimi Sudan kıyıya çıkarılan yumuşak bir denizanası gibi yere “yayılırlardı”.

Milyonlarca yıl boyunca tüm kaslarımız, Dünya'nın yerçekimini yenerek vücudumuzu hareket ettirmek için adapte oldu.

Ve vücudumuzun içinde her şey yerçekimi koşullarına uyarlanmıştır. Kalbin, sürekli olarak birkaç kilogram kan pompalamak için tasarlanmış güçlü kasları vardır. Ve eğer aşağı, bacaklara doğru, yine de kolayca akarsa, o zaman yukarı, kafaya kuvvetle uygulanmalıdır. Tüm iç organlarımız güçlü bağlara asılmıştır. Onlar orada olmasalardı, iç kısımlar "yuvarlanırdı", orada toplanırlardı.

Sürekli ağırlık nedeniyle, başın derinliklerinde, kulağın arkasında bulunan vestibüler aparat adlı özel bir organ geliştirdik. Dünyanın hangi tarafımızdan olduğunu, “yukarı”nın nerede ve “aşağı”nın nerede olduğunu hissetmemizi sağlar.

Vestibüler aparat, sıvı ile dolu küçük bir oyuktur. Küçük taşlar içerirler. Bir kişi dik durduğunda, çakıllar boşluğun dibinde bulunur. Bir kişi yatarsa, çakıllar yuvarlanır ve yan duvarda uzanır. İnsan beyni bunu algılar. Ve bir kişi, gözleri kapalı olsa bile, hemen dibin nerede olduğunu söyleyecektir.

Böylece, insandaki her şey, Dünya gezegeninin yüzeyinde yaşadığı koşullara uyarlanmıştır.

Ve ağırlıksızlık gibi tuhaf bir durumda insan yaşamının koşulları nelerdir?

İnsanlı uzay aracının uçuşu sırasında ağırlıksızlığın özelliğini hesaba katmak özellikle önemlidir: bir kişinin ağırlıksızlık durumundaki yaşam koşulları, bir dizi hayati işlevde bir değişikliğe neden olan olağan karasal olanlardan keskin bir şekilde farklıdır. Böylece ağırlıksızlık, merkezi gergin sistem ve alışılmadık çalışma koşullarında birçok analizör sisteminin (vestibüler aparat, kas-eklem aparatı, kan damarları) reseptörleri. Bu nedenle ağırlıksızlık, tüm yörünge uçuşu boyunca insan ve hayvan organizmasını etkileyen spesifik bir bütünsel uyaran olarak kabul edilir. Bu uyarana verilen tepki fizyolojik sistemlerdeki adaptif süreçlerdir; tezahürlerinin derecesi, ağırlıksızlık süresine ve çok daha az ölçüde, bireysel özellikler organizma.

Ağırlıksızlığın uçuşta insan vücudu üzerindeki olumsuz etkisi, çeşitli araç ve yöntemlerle (kas eğitimi, kas elektriksel uyarımı, vücudun alt yarısına uygulanan negatif basınç, farmakolojik ve diğer yollarla) önlenebilir veya sınırlandırılabilir. Yaklaşık 2 ay süren bir uçuşta (Amerikan Skylab istasyonundaki ikinci ekip, 1973), esas olarak kozmonotların fiziksel eğitimi nedeniyle yüksek bir önleyici etki elde edildi. Kalp atış hızının dakikada 150-170 vuruşa kadar artmasına neden olan yüksek yoğunluklu çalışma, günde 1 saat bisiklet ergometresinde yapıldı. Kan dolaşımı ve solunum fonksiyonunun restorasyonu, inişten 5 gün sonra gerçekleşti. Metabolik değişiklikler, statik-kinetik ve vestibüler bozukluklar zayıf bir şekilde ifade edildi.

Etkili bir araç, uzay aracında, örneğin istasyonu büyük bir dönen (yani, ileriye doğru hareket etmeyen) tekerlek şeklinde yaparak ve yerleştirilerek elde edilebilecek yapay bir "yerçekimi" yaratılması olabilir. "kenarında" çalışma odaları. İçindeki gövdenin "kenarının" dönmesi nedeniyle, "zemin" rolünü oynayacak olan yüzeyine bastırılacak ve gövdelerin yüzeylerine uygulanan "zemin" reaksiyonu olacaktır. yapay "yerçekimi" yaratın. Uzay aracında yapay "yerçekimi" yaratılması, ağırlıksızlığın hayvan ve insan organizmaları üzerindeki olumsuz etkisinin önlenmesini sağlayabilir.

Uzay tıbbının bir dizi teorik ve pratik problemini çözmek için, kas aktivitesinin sınırlandırılması da dahil olmak üzere ağırlıksız modelleme için laboratuvar yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır ve bir kişiyi normal destekten mahrum bırakmaktadır. dikey eksen vücut, bir kişinin yatay pozisyonda veya bir açıda (baş bacakların altında) kalması, uzun süreli sürekli yatak istirahati veya bir kişiyi birkaç saat veya gün boyunca bir sıvıya batırması ile elde edilen hidrostatik kan basıncında bir azalma (böylece -daldırma denir) ortam.

Fransız bilim adamları tarafından Acta Astronautica dergisinde yayınlanan bir makaleye göre, ağırlıksızlık koşulları, nesnelerin boyutunu ve onlara olan mesafeleri doğru bir şekilde değerlendirme yeteneğini bozar, bu da astronotların çevreleyen alanda gezinmesini engeller ve uzay uçuşları sırasında kazalara yol açabilir. Bugüne kadar, kozmonotların mesafeleri belirlemedeki hatalarının tesadüfen meydana gelmediğine dair birçok kanıt birikmiştir. Genellikle uzaktaki nesneler onlara gerçekte olduklarından daha yakın görünürler. Fransız Ulusal Merkezi'nden bilim adamları bilimsel araştırma Bir uçak bir parabol boyunca uçarken, yapay olarak oluşturulmuş ağırlıksızlık koşulları altında mesafeleri tahmin etme yeteneğinin deneysel bir testini gerçekleştirdi. Bu durumda, ağırlıksızlık çok kısa sürer - yaklaşık 20 saniye. Gönüllülere özel gözlükler yardımıyla bir küpün bitmemiş görüntüsü gösterilmiş ve doğru olanı tamamlamaları istenmiştir. geometrik şekil. Olağan yerçekimi altında, denekler tüm tarafları eşit olarak çizdi, ancak ağırlıksızlık sırasında testi doğru bir şekilde gerçekleştiremediler. Bilim adamlarına göre, bu deney, ağırlıksızlık olduğunu ve buna uzun vadeli adaptasyonun olmadığını gösteriyor. önemli faktör algıyı bozan.

2.1. Uzayda yaşam sorunlarının incelenmesi

NASA tarafından uygulanan Skylab programının bilimsel denetçileri, önde gelen Amerikalı astronot uzmanları Profesör E. Stulinger ve Dr. L. Bellew tarafından 1977 yılında yazılan "Skylab Orbital Station" kitabı, yörünge üzerinde yapılan araştırmaları anlatıyor. istasyon

çevredeki dış uzayın mürettebat üyelerinin yetenekleri üzerindeki etkisi. Biyomedikal araştırma programı şu dört alanı kapsıyordu: önceki uçuşlar sırasında gözlemlenen bu fizyolojik etkiler ve bunların etki periyodu hakkında derinlemesine çalışmaları içeren tıbbi deneyler.

Biyolojik deneyler, ağırlıksızlık koşullarından etkilenebilecek temel biyolojik süreçlerin incelenmesini içeriyordu.

Biyoteknik deneyler, uzayda çalışırken insan-makine sistemlerinin verimliliğini geliştirmeyi ve biyoekipman kullanma tekniğini geliştirmeyi amaçlıyordu. İşte bazı araştırma konuları:

tuz dengesi çalışması;

vücut sıvılarının biyolojik çalışmaları;

kemik dokusundaki değişikliklerin incelenmesi;

uçuşta alt gövde üzerinde negatif basınç yaratılması;

Vektör kardiyogramlarının elde edilmesi;

· sitogenetik kan testleri;

Bağışıklık araştırması;

Kırmızı kan hücrelerinin kan hacmindeki ve yaşam beklentisindeki değişikliklerin araştırılması;

kırmızı kan hücrelerinin metabolizması üzerine çalışmalar;

özel hematolojik etkilerin incelenmesi;

· uzay uçuşu koşullarında uyku ve uyanıklık döngüsünün incelenmesi;

belirli iş operasyonları sırasında astronotların filme alınması;

metabolik hız ölçümü;

uzay uçuşu koşullarında astronotun vücut ağırlığının ölçümü;

· ağırlıksızlığın canlı hücreler ve insan dokuları üzerindeki etkisine ilişkin çalışmalar. (Ek 1)

Rus bilim adamları ve kozmonotlar tarafından büyük bilimsel ve pratik materyaller birikmiştir.

Sıfır yerçekiminde insanlar üzerinde ameliyat yapmak mümkün mü? İlk bakışta, bu soru inanılmaz görünüyor, ama aslında dünyamızda çok şey mümkün!

Bu, bilim adamlarının genellikle bazı kusurları olan ve iyileştirme gerektiren deneylerden gerçek keşiflere geçebildiklerini ve pratikte sıfır yerçekiminde bir insan üzerinde işlem yapmanın mümkün olduğunu kanıtlayabildiklerini gösterdi!

2.2. Uzayda operasyon

Bordeaux'dan Profesör Dominique Martin liderliğindeki Fransız doktorlar, sıfır yerçekiminde dünyanın ilk cerrahi operasyonunu gerçekleştirdi. Deney, özel donanımlı bir modülde A-300 uçağında gerçekleştirildi. Gönüllü bir hasta olan 46 yaşındaki Philippe Sancho'nun kolundaki yağlı bir tümörü koşullar altında çıkaracak olan üç cerrah ve iki anestezi uzmanı katıldı.

Profesör Marten'in dediği gibi, tıp mesleğinin görevi kanıtlamak değildi. teknik başarılar, ancak ağırlıksız koşullar altında işlemin fizibilitesini test etmek. Cerrah, "Uzayın koşullarına karşılık gelen bir durumu simüle ettik ve artık bir kişinin uzayda ciddi komplikasyonlar olmadan ameliyat edilebileceğini biliyoruz" dedi. Ona göre, tümörü çıkarma operasyonu toplam 10 dakikadan az sürdü. A-300'deki üç saatlik uçuş rejimi, bu süre zarfında 32 kez ağırlıksızlık durumu oluşturulacak ve her aşama yaklaşık 20 saniye sürecek şekilde tasarlandı. Profesör Marten, "İki saat boyunca sürekli olarak ağırlıksız durumda olsaydık, apandisit ameliyatı yapabilirdik" dedi.

Yaklaşık bir yıl içinde gerçekleştirilmesi planlanan deneyin bir sonraki aşaması, bir kara üssünden gelen komutlarla kontrol edilen tıbbi bir robot tarafından gerçekleştirilmesi gereken cerrahi bir operasyon olacak.

2.3. Uzaydaki gelişmelerin Dünya'ya uygulanması

Sıfır yerçekiminde yüzen astronotlar gibi gitgide daha az hareket ediyoruz. Her durumda, kozmonotların tamamen muzdarip olduğu motor aktivitedeki azalmanın tüm dezavantajlarını yaşıyoruz. Bilim adamları yörüngede çalışanlar için onlara karşı koymanın birçok yolunu buldular. Dünya'da, son zamanlarda anlaşıldığı üzere, bu icatlardan bazıları, hiç yürümemiş olanlar bile yeniden ayağa kalkıyor. “Uzayda ve Dünya'da, etki faktörleri benzerdir, bu nedenle ağırlıksızlıkta gelişen etkilere karşı koyma yöntemlerinin uygulanabilir olduğu ortaya çıktı. sıradan hayat, - Biyomedikal Sorunlar Enstitüsü Inessa Benediktovna KOZLOVSKAYA'nın sensorimotor fizyolojisi ve önlenmesi bölüm başkanı diyor. - Motor aktivitedeki azalma (hipokinezi) toplumumuzun yaşamında önde gelen bir faktör haline geliyor: hareket etmeyi bırakıyoruz. Bir Amerikalı araştırmacı, çeşitli mesleklerden insanlarda ve hayvanlarda günlük kas aktivitesini izledi. Herhangi bir canlı varlığın (sıçan, kedi, köpek, maymun) etkinliğine kıyasla etkinliğimizin iki büyüklükten daha az olduğu ortaya çıktı.

En çarpıcı ifadesini 1970'de kozmonotlarda gördüğümüz, derin bir detraining hastalığı olan hipokinetik bir hastalığın eşiğindeyiz. 17 günlük bir uçuştan döndükten sonra gerçekten ayağa kalkamıyor ve hareket edemiyorlardı, solunum kasları da gergin olduğu için nefes almak bile onlar için zordu.

Rusya Bilimler Akademisi Biyomedikal Sorunlar Enstitüsü, Rusya Federasyonu Devlet Bilim Merkezi Klinik Fizyoloji Bölümü Başkanı Kıdemli Araştırmacı Irina SAENKO, “Kuru daldırma kullanarak Dünya üzerindeki ağırlıksızlığın etkisini simüle ettik” diyor. - Bunu yapmak için, su yüzeyinden önemli ölçüde daha büyük bir su havuzuna ince bir su geçirmez film yerleştirilir ve kişi sudan ayrılarak suya daldırılır. Aynı zamanda desteğini kaybeder ve motor bozuklukların ne kadar hızlı gelişmeye başladığını görüyoruz: motor eylemlerin duruşu ve koordinasyonu acı çekiyor. Dengesiz duruyor, kötü ve beceriksiz yürüyor, hassas işlemleri zorlukla yapıyor. Bu bozuklukları önlemek için, ayakta dururken ve yürürken Dünya'da meydana gelene yaklaşık olarak eşit bir yük uygulanarak ayakların destek bölgelerinin uyarılması önerildi.

Ayrıca, diğer etkili yollar karasal koşullarda insanların tedavisi, örneğin, Penguen giysisi 1992 yılında karasal tıbba girmeye başladı (20 yıldan fazla bir süredir uzayda kullanılıyor), çocukların tedavisi için yüksek frekanslı ve yüksek yoğunluklu elektrik stimülasyonu serebral palsili ve hastalık nedeniyle uzun süre yalan söyleyen insanlar.

Böylece, makalenin ikinci ve son bölümü sona erdi. Tüm materyali sunduktan sonra sonuca geçmek istiyorum.

ÇÖZÜM

Bu nedenle, çalışmamın sonunda, konunun özünü ortaya koyan özetin ana hükümlerini bir kez daha hatırlamak istiyorum:

1) Ağırlıksızlık, vücut destekle birlikte serbest bir şekilde düştüğünde meydana gelir, yani vücudun ve desteğin ivmesi serbest düşüşün ivmesine eşit olduğunda;

2) İki tür ağırlıksızlık vardır: statik ve dinamik;

3) Ağırlıksızlık, karasal koşullarda uygulanması zor veya imkansız olan bazı teknolojik süreçleri uygulamak için kullanılabilir;

4) Alevlerin ağırlıksız koşullar altında incelenmesi, bir uzay aracının yangına dayanıklılığını değerlendirmek ve özel yangın söndürme araçları geliştirmek için gereklidir;

5) Gemide tonlarca sıvı yakıt taşıyan uzay aracının başarılı çalışması için uzayda sıvı kaynama sürecinin ayrıntılı bir şekilde anlaşılması son derece önemlidir;

6) Ağırlıksızlığın vücut üzerindeki etkisi, bir takım hayati fonksiyonlarında değişikliğe neden olduğu için olumsuzdur. Bu, uzay aracında yapay yerçekimi yaratarak, astronotların kas aktivitesini sınırlayarak vb. düzeltilebilir.

7) Bir kişi uzayda ağırlıksız koşullarda ameliyat edilebilir. Bu, Bordeaux'dan Profesör Dominique Martin liderliğindeki Fransız doktorlar tarafından kanıtlandı.

Böylece ağırlıksızlık hakkında birçok farklı bilgi bulunabilir, ancak çalışmamda materyalin iki açıdan ele alındığından biraz ayrıntılı olarak sunulduğunu düşünüyorum. farklı noktalar vizyon: fiziksel ve tıbbi. Ayrıca özette, bilim adamlarının ağırlıksız olarak yaptıkları bazı deneylerin açıklamaları da bulunmaktadır. Bu, bence, ağırlıksızlığın görsel bir temsilini, oluşum mekanizmasını, bu fenomenin özelliklerini ve vücut üzerindeki etkisini verir. Ağırlıksızlık olgusuna ilişkin iki bakış açısı - fiziksel ve tıbbi - tamamlayıcıdır, çünkü tıp fizik olmadan imkansızdır!

Edebiyat

1) Büyük Sovyet Ansiklopedisi(30 ciltte). Bölüm ed. . Ed.3. M., "Sovyet Ansiklopedisi", 1974.

2) Kabardey: Referans materyalleri: öğreticiöğrenciler için - 3. baskı - M.: Aydınlanma, 1991. - 367p.

3), Yörüngede - bir uzay gemisi. - M.: Pedagoji, 1980

4) Köke Makovetsky! Meraklı problemlerin ve soruların toplanması. - E.: Nauka, 1979

5) Chandaeva ve adam. -M.: JSC "Aspect Press", 1994

6) Belyu L., Stulinger E. Orbital istasyonu "Skylab". ABD, 1973. (İngilizce'den kısaltılmış çeviri). Ed. Fizik ve Matematik Doktoru Bilimler. M., "Mühendislik", 1977 - Erişim modu: http://epizodsspace. *****/bibl/skylab/obl. html

7) Dyubankova O. Uzay tıbbı Dünya'ya ulaşmıyor *****/çevrimiçi/sağlık/511/03_01

8) Ivanov I. Bir sıvının titreşimi, ağırlıksız olarak kaynamasını hızlandırır. Web sitesi: Elementler. Bilim Haberleri. Erişim modu - http://*****/news/164820?page

9) Yörüngedeki Klushantsev P. Evi: Yörünge istasyonları hakkında hikayeler. - L.: Det. yak., 1975. - S.25-28. Başına. e-postada görüş. Yu. Zubakin, 2007- Erişim modu: (http://www.*****, http://epizodsspace.*****/bibl/Klusantsev/dom-na-orb75/Klushantsev_04. htm)

10) Uzayda insanlar ameliyat edilebilir. Fransız doktorlar ilk cerrahi operasyonu sıfır yerçekiminde gerçekleştirdiler. İnternet sitesi Rus gazetesi. DEA Haberleri. – Erişim modu: http://www. *****/2006/09/28/nevesomost-anons. html

11) Ağırlıksızlıkta alev. Moshkov Kütüphanesi. – Erişim modu: http://*****/tp/nr/pn. htm

12) Bilim adamları ağırlıksızlığın neden tehlikeli olduğunu belirlediler. Gazete-24. – Erişim modu: RIA Novosti http://24.ua/news/show/id/66415.htm

EK

Ek 1

http://pandia.ru/text/78/040/images/image038_0.jpg" width="265" height="188 src=">

Pirinç. 2. Ağırlıksız olarak numune kütlesini belirlemek için cihaz:
1 - elastik kapak

http://pandia.ru/text/78/040/images/image040.jpg" width="426" height="327 src=">

Pirinç. 4. Skylab istasyonunda LBNP uzay aracıyla operasyon (şekil)

http://pandia.ru/text/78/040/images/image042.jpg" width="185" height="201">

Pirinç. 6. Vücut ağırlığı ölçümü

http://pandia.ru/text/78/040/images/image044.jpg" width="242" height="455 src=">

Pirinç. 8. Uyku astronotları sırasında uyku ve tepkileri incelemek

Pirinç. 9. Bir bisiklet ergometresi üzerinde yapılan deneyler sırasında bir astronotun metabolik özelliklerinin incelenmesi:
1 - bisiklet ergometresi; 2 - metabolik analizör: 3 - ağızlık; 4 - hortum; 5 - sıcaklık ölçümü için sonda; 6 - elektrotlar