Mesmo uma pessoa sem interesse no espaço já viu um filme sobre viagens espaciais ou leu sobre essas coisas em livros. Em quase todos esses trabalhos, as pessoas andam pelo navio, dormem normalmente e não têm problemas para comer. Isso significa que essas naves - fictícias - têm gravidade artificial. A maioria dos espectadores percebe isso como algo completamente natural, mas não é nada.
Gravidade Artificial
Este é o nome da mudança (em qualquer direção) da gravidade que nos é familiar pela aplicação de vários métodos. E isso é feito não apenas em obras fantásticas, mas também em situações terrenas muito reais, na maioria das vezes para experimentos.
Em teoria, a criação da gravidade artificial não parece tão difícil. Por exemplo, pode ser recriado com a ajuda da inércia, mais precisamente, da força centrífuga. A necessidade desse poder não surgiu ontem - aconteceu imediatamente, assim que uma pessoa começou a sonhar com voos espaciais de longo prazo. Criaçãoa gravidade artificial no espaço permitirá evitar muitos problemas que surgem durante a permanência prolongada na ausência de peso. Os músculos dos astronautas enfraquecem, os ossos ficam menos fortes. Viajando nessas condições por meses, você pode atrofiar alguns músculos.
Assim, hoje a criação da gravidade artificial é uma tarefa de suma importância, a exploração espacial sem essa habilidade é simplesmente impossível.
Materiais
Mesmo quem conhece física apenas no nível do currículo escolar entende que a gravidade é uma das leis fundamentais do nosso mundo: todos os corpos interagem entre si, experimentando atração/repulsão mútua. Quanto maior o corpo, maior sua força de atração.
A Terra para nossa realidade é um objeto muito massivo. É por isso que, sem exceção, todos os corpos ao seu redor são atraídos por ela.
Para nós, isso significa a aceleração da queda livre, que normalmente é medida em g, igual a 9,8 metros por segundo quadrado. Isso significa que, se não tivéssemos apoio sob os pés, cairíamos a uma velocidade que aumenta 9,8 metros a cada segundo.
Assim, somente graças à gravidade conseguimos ficar de pé, cair, comer e beber normalmente, entender onde está em cima, onde está em baixo. Se a gravidade desaparecer, estaremos em gravidade zero.
Astronautas que se encontram no espaço em estado de elevação - queda livre estão especialmente familiarizados com este fenômeno.
Teoricamente, os cientistas sabem como criar gravidade artificial. Existirvárias técnicas.
Grande Massa
A opção mais lógica é fazer a nave tão grande que tenha gravidade artificial. Será possível sentir-se confortável no navio, pois a orientação no espaço não será perdida.
Infelizmente, este método com o desenvolvimento moderno da tecnologia não é realista. Construir tal objeto requer muitos recursos. Além disso, será necessária uma quantidade incrível de energia para levantá-lo.
Acelerar
Parece que se você quer atingir g igual ao da Terra, você só precisa dar ao navio uma forma plana (plataforma) e fazê-lo se mover perpendicularmente ao plano com a aceleração desejada. Desta forma, a gravidade artificial será obtida, e ideal.
No entanto, a realidade é muito mais complicada.
Em primeiro lugar, vale a pena considerar a questão do combustível. Para que a estação acelere constantemente, é necessário ter uma fonte de alimentação ininterrupta. Mesmo que apareça subitamente um motor que não ejete matéria, a lei da conservação da energia permanecerá em vigor.
O segundo problema é a própria ideia de aceleração constante. De acordo com nosso conhecimento e leis físicas, é impossível acelerar ao infinito.
Além disso, esses veículos não são adequados para missões de pesquisa, pois devem acelerar constantemente - voar. Ele não poderá parar para estudar o planeta, nem mesmo poderá voar lentamente ao redor dele - ele precisa acelerar.
EntãoAssim, fica claro que tal gravidade artificial ainda não está disponível para nós.
Carrossel
Todo mundo sabe como a rotação do carrossel afeta o corpo. Portanto, um dispositivo de gravidade artificial de acordo com este princípio parece ser o mais realista.
Tudo o que está no diâmetro do carrossel tende a cair dele a uma velocidade aproximadamente igual à velocidade de rotação. Acontece que uma força atua sobre o corpo, direcionada ao longo do raio do objeto em rotação. É muito semelhante à gravidade.
Então, você precisa de um navio que tenha uma forma cilíndrica. Ao mesmo tempo, deve girar em torno de seu eixo. A propósito, a gravidade artificial em uma nave espacial, criada de acordo com esse princípio, é frequentemente mostrada em filmes de ficção científica.
Navio em forma de barril, girando em torno do eixo longitudinal, cria uma força centrífuga, cuja direção corresponde ao raio do objeto. Para calcular a aceleração resultante, você precisa dividir a força pela massa.
Não será difícil para pessoas que conhecem física calcular isso: a=ω²R.
Nesta fórmula, o resultado do cálculo é a aceleração, a primeira variável é a velocidade nodal (medida em radianos por segundo), a segunda é o raio.
De acordo com isso, para obter o g usual, é necessário combinar corretamente a velocidade angular e o raio do transporte espacial.
Este problema é abordado em filmes como "Intersol", "Babylon 5", "2001: Uma Odisseia no Espaço" e similares. Em todos esses casosa gravidade artificial está próxima da aceleração de queda livre da Terra.
Não importa quão boa seja a ideia, é muito difícil implementá-la.
Problemas do método carrossel
O problema mais óbvio é destacado em Uma Odisseia no Espaço. O raio do "transportador espacial" é de cerca de 8 metros. Para obter uma aceleração de 9,8, a rotação deve ocorrer a uma taxa de aproximadamente 10,5 rotações a cada minuto.
Nos valores indicados, manifesta-se o “efeito Coriolis”, que consiste no fato de diferentes forças atuarem a diferentes distâncias do piso. Depende diretamente da velocidade angular.
Acontece que a gravidade artificial no espaço será criada, mas a rotação muito rápida da caixa levará a problemas com o ouvido interno. Isso, por sua vez, causa desequilíbrios, problemas no aparelho vestibular e outros problemas semelhantes.
O surgimento desta barreira sugere que tal modelo é extremamente mal sucedido.
Você pode tentar ir do oposto, como fizeram no romance "The World-Ring". Aqui o navio é feito na forma de um anel, cujo raio é próximo ao raio de nossa órbita (cerca de 150 milhões de km). Nesse tamanho, sua velocidade de rotação é suficiente para ignorar o efeito Coriolis.
Você pode supor que o problema está resolvido, mas não é assim. O fato é que uma rotação completa dessa estrutura em torno de seu eixo leva 9 dias. Isso torna possível supor que as cargas serão muito grandes. Em ordem dea construção resistiu, é necessário um material muito forte, que não temos à nossa disposição hoje. Além disso, o problema é a quantidade de material e o próprio processo de construção.
Em jogos de tema semelhante, como no filme "Babylon 5", esses problemas são resolvidos de alguma forma: a velocidade de rotação é suficiente, o efeito Coriolis não é significativo, é hipoteticamente possível criar tal nave.
No entanto, mesmo esses mundos têm uma desvantagem. Seu nome é momentum.
A nave, girando em torno de seu eixo, se transforma em um enorme giroscópio. Como você sabe, é extremamente difícil desviar o giroscópio 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, este problema pode ser resolvido.
Resolução de Problemas
A gravidade artificial em uma estação espacial se torna disponível quando o "cilindro O'Neill" vem em socorro. Para criar este projeto, são necessários navios cilíndricos idênticos, que são conectados ao longo do eixo. Eles devem girar em direções diferentes. O resultado desta montagem é o momento angular zero, então não deve haver dificuldade em dar ao navio a direção desejada.
Se for possível fazer um navio com um raio de cerca de 500 metros, ele funcionará exatamente como deveria. Ao mesmo tempo, a gravidade artificial no espaço será bastante confortável e adequada para voos longos em navios ou estações de pesquisa.
Engenheiros Espaciais
Como criar gravidade artificial é conhecido pelos criadores do jogo. No entanto, neste mundo de fantasia, a gravidade não é a 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 área do gerador. Então, no mundo real, se você for atingido por um navio que tenha um gerador instalado, você será puxado para o casco. Porém, no jogo, o herói cairá até sair do perímetro do aparelho.
Hoje, a gravidade artificial no espaço, criada por tal dispositivo, é inacessível à humanidade. No entanto, mesmo desenvolvedores grisalhos não param de sonhar com isso.
Gerador Esférico
Esta é uma versão mais realista do equipamento. Quando instalado, a gravidade tem uma direção em direção ao gerador. Isso torna possível criar uma estação, cuja gravidade será igual à planetária.
Centrífuga
Hoje, a gravidade artificial na Terra é encontrada em vários dispositivos. Eles são baseados, em grande parte, na inércia, uma vez que essa força é sentida por nós de maneira semelhante aos efeitos gravitacionais - o corpo não distingue o que causa a aceleração. Como exemplo: uma pessoa subindo em um elevador experimenta o efeito da inércia. Pelos olhos de um físico: levantar um elevador adiciona à aceleração da queda livre a aceleração do carro. Ao retornarcabines a um movimento medido "ganho" de peso desaparece, retornando as sensações usuais.
Os cientistas há muito se interessam pela gravidade artificial. A centrífuga é usada para esses fins com mais frequência. Este método é adequado não apenas para naves espaciais, mas também para estações terrestres nas quais é necessário estudar o efeito da gravidade no corpo humano.
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Embora o estudo da gravidade tenha começado no espaço, é uma ciência muito mundana. Ainda hoje, as conquistas nessa área encontraram sua aplicação, por exemplo, na medicina. Sabendo se é possível criar gravidade artificial no planeta, pode-se usá-lo para tratar problemas com o aparelho motor ou sistema nervoso. Além disso, o estudo dessa força é realizado principalmente na Terra. Isso possibilita que os astronautas conduzam experimentos enquanto permanecem sob a atenção dos médicos. Outra coisa é a gravidade artificial no espaço, não há pessoas lá que possam ajudar os astronautas em caso de uma situação imprevista.
Dada a total ausência de peso, não se pode levar em conta um satélite em órbita baixa da Terra. Esses objetos, embora em pequena medida, são afetados pela gravidade. A força da gravidade gerada nesses casos é chamada de microgravidade. A gravidade real é experimentada apenas em um aparelho voando a uma velocidade constante no espaço sideral. No entanto, o corpo humano não sente essa diferença.
Você pode experimentar a ausência de peso durante um s alto em distância (antes da abertura do velame) ou durante uma descida parabólica da aeronave. Tais experimentosmuitas vezes encenado nos EUA, mas em um avião essa sensação dura apenas 40 segundos - isso é muito curto para um estudo completo.
Na URSS, em 1973, eles sabiam se era possível criar gravidade artificial. E não apenas o criou, mas também o alterou de alguma forma. Um exemplo vívido de uma diminuição artificial da gravidade é a imersão a seco, a imersão. Para obter o efeito desejado, você precisa colocar um filme denso na superfície da água. A pessoa é colocada em cima dela. Sob o peso do corpo, o corpo afunda sob a água, apenas a cabeça permanece acima. Este modelo demonstra o suporte de baixa gravidade encontrado no oceano.
Não há necessidade de ir ao espaço para sentir o efeito da força oposta da ausência de peso - hipergravidade. Ao decolar e pousar uma espaçonave, em uma centrífuga, você pode não apenas sentir a sobrecarga, mas também estudá-la.
Tratamento por gravidade
A física gravitacional estuda, entre outras coisas, o impacto da ausência de peso no corpo humano, buscando minimizar as consequências. No entanto, um grande número de conquistas desta ciência pode ser útil para os habitantes comuns do planeta.
Os médicos depositam grandes esperanças na pesquisa sobre o comportamento das enzimas musculares na miopatia. Esta é uma doença grave que leva à morte precoce.
Com exercícios físicos ativos, uma grande quantidade da enzima creatinofosfoquinase entra no sangue de uma pessoa saudável. A razão para este fenômeno não é clara, talvez a carga aja na membrana celular de tal forma que"perfura". Pacientes com miopatia obtêm o mesmo efeito sem exercício. Observações de astronautas mostram que, na ausência de peso, o fluxo da enzima ativa no sangue é significativamente reduzido. Essa descoberta sugere que o uso de imersão reduzirá o impacto negativo dos fatores que levam à miopatia. Os testes em animais estão em andamento.
O tratamento de algumas doenças já está sendo realizado hoje usando dados obtidos do estudo da gravidade, inclusive artificial. Por exemplo, paralisia cerebral, derrames, Parkinson são tratados usando roupas de carga. Pesquisa sobre o impacto positivo do suporte - a sapata pneumática está quase concluída.
Voamos para Marte?
As últimas conquistas dos astronautas dão esperança para a realidade do projeto. Há experiência de apoio médico para uma pessoa durante uma longa estadia longe da Terra. Os voos de pesquisa para a Lua, nos quais a força da gravidade é 6 vezes menor que a nossa, também trouxeram muitos benefícios. Agora, os astronautas e cientistas estão estabelecendo um novo objetivo - Marte.
Antes de entrar na fila para uma passagem para o Planeta Vermelho, você deve saber o que o corpo espera já na primeira etapa do trabalho - no caminho. Em média, o caminho para o planeta deserto levará um ano e meio - cerca de 500 dias. No caminho, você terá que confiar apenas em sua própria força, simplesmente não há onde esperar por ajuda.
Muitos fatores minam a força: estresse, radiação, f alta de campo magnético. O teste mais importante para o corpo é a mudança na gravidade. Durante a viagem, uma pessoa "se familiariza" comvários níveis de gravidade. Em primeiro lugar, são sobrecargas durante a decolagem. Então - ausência de peso durante o vôo. Depois disso, hipogravidade no destino, já que a gravidade em Marte é inferior a 40% da Terra.
Como você lida com os efeitos negativos da ausência de peso em um voo longo? Espera-se que os desenvolvimentos no campo da criação de gravidade artificial ajudem a resolver esse problema em um futuro próximo. Experimentos com ratos viajando no Kosmos-936 mostram que essa técnica não resolve todos os problemas.
A experiência do OS mostrou que o uso de complexos de treinamento que podem determinar a carga necessária para cada astronauta individualmente pode trazer muito mais benefícios para o corpo.
Até agora acredita-se que não só os pesquisadores voarão para Marte, mas também os turistas que desejam estabelecer uma colônia no Planeta Vermelho. Para eles, pelo menos no início, as sensações de estar na ausência de peso superarão todos os argumentos dos médicos sobre os perigos da exposição prolongada a tais condições. No entanto, eles também precisarão de ajuda em algumas semanas, e é por isso que é tão importante encontrar uma maneira de criar gravidade artificial em uma nave espacial.
Resultados
Que conclusões podem ser tiradas sobre a criação da gravidade artificial no espaço?
Entre todas as opções atualmente consideradas, a estrutura rotativa parece a mais realista. No entanto, com o entendimento atual das leis físicas, isso é impossível, pois o navio não é um cilindro oco. Dentro dela há sobreposições que interferem na realização das ideias.
Além disso, o raio do navio deve ser tãogrande para que o efeito Coriolis não tenha um efeito significativo.
Para controlar algo assim, você precisa do cilindro O'Neill mencionado acima, que lhe dará a capacidade de controlar o navio. Nesse caso, as chances de usar um projeto semelhante para voos interplanetários, proporcionando à tripulação um nível confortável de gravidade aumentam.
Antes que a humanidade consiga realizar seus sonhos, gostaria de ver um pouco mais de realismo e ainda mais conhecimento das leis da física na ficção científica.
