Viktlöshet är ett tillstånd där det inte finns någon växelverkanskraft mellan en kropp och ett stöd eller upphängning ( kroppsvikt ), som uppstår i samband med gravitationsattraktion eller verkan av andra masskrafter (särskilt tröghetskraften som uppstår från den accelererade kroppens rörelser).
Ibland används termen mikrogravitation som en synonym för namnet på detta fenomen , vilket är felaktigt (det verkar som om gravitationen saknas eller är försumbart liten).
Tillståndet av viktlöshet uppstår när de yttre krafterna som verkar på kroppen endast är massa (gravitationskrafter), fältet för dessa masskrafter är lokalt homogent, det vill säga fältkrafterna ger alla partiklar i kroppen i var och en av dess positioner samma acceleration i storlek och riktning (som när man rör sig i jordens gravitationsfält praktiskt taget äger rum om kroppens dimensioner är små jämfört med jordens radie), dessutom är initialhastigheterna för alla partiklar i kroppen samma i modul och riktning (kroppen rör sig framåt), det finns ingen rotationsrörelse runt dess eget masscentrum.
Till exempel, en rymdfarkost och alla kroppar i den, efter att ha fått en lämplig initial hastighet, rör sig under påverkan av gravitationskrafter längs sina banor med nästan samma accelerationer (fenomenet med närvaro av acceleration efter att motorns dragkraft stängs av under en kropp i omloppsbana), som fri; varken kropparna själva eller deras partiklar utövar ömsesidigt tryck på varandra, det vill säga de befinner sig i ett tillstånd av viktlöshet. Samtidigt, i förhållande till apparatens kabin, kan kroppen som finns i den förbli i vila var som helst (fritt "hänga" i rymden). Även om gravitationskrafter i viktlöshet verkar på alla partiklar i kroppen, men det finns inga yttre ytkrafter som kan orsaka ömsesidigt tryck av partiklar på varandra [1] .
Således kommer varje kropp vars dimensioner är mindre än jordens radie, som gör fri translationsrörelse i jordens gravitationsfält, i frånvaro av andra yttre krafter att vara i ett tillstånd av viktlöshet. Resultatet kommer att vara liknande för rörelsen i gravitationsfältet för alla andra himlakroppar.
I verkligheten, för alla kroppar av ändlig storlek, finns det en skillnad i gravitationsaccelerationer som orsakas av skillnaden i avståndet mellan olika punkter på kroppen från jorden. Denna lilla skillnad tenderar att sträcka kroppen i radiell riktning [2] .
Förändringen av en bolls vikt under dess fria fall i en vätska noterades av Leibniz . Åren 1892-1893. flera experiment som visar förekomsten av tyngdlöshet i fritt fall sattes av professorn vid Moscow State University N. A. Lyubimov , till exempel svängde inte en pendel , tagen ur jämvikt i fritt fall, [3] .
Under förhållanden av viktlöshet ombord på en rymdfarkost, fortgår många fysiska processer (konvektion, förbränning, etc.) annorlunda än på jorden. Särskilt frånvaron av gravitation kräver speciell utformning av system som duschar, toaletter, matvärmesystem, ventilation etc. För att undvika att det bildas stillastående zoner där koldioxid kan ansamlas, och för att säkerställa en jämn blandning av varmt och kallt air, på ISS, till exempel, har ett stort antal fläktar installerade. Äta och dricka, personlig hygien, arbete med utrustning och i allmänhet vanliga vardagsaktiviteter har också sina egna egenskaper och kräver att astronauten utvecklar vanor och nödvändiga färdigheter.
Inverkan av viktlöshet tas oundvikligen med i beräkningen i utformningen av en raketmotor för flytande drivmedel som är utformad för att avfyras i viktlöshet. Flytande bränslekomponenter i tankar beter sig precis som vilken vätska som helst (bildar flytande sfärer). Av denna anledning kan tillförseln av flytande komponenter från tankarna till bränsleledningarna bli omöjlig. För att kompensera för denna effekt används en speciell tankdesign (med separatorer för gas och flytande media), samt en procedur för att sedimentera bränsle innan motorn startas. En sådan procedur består i att sätta på fartygets hjälpmotorer för acceleration; den lätta accelerationen som skapas av dem fäller ut flytande bränsle på botten av tanken, varifrån försörjningssystemet leder bränslet in i ledningarna.
Under övergången från förhållandena för närvaron av kroppsvikt på jordens yta till förhållandena för viktlöshet (först av allt, när rymdfarkosten går in i omloppsbanan), upplever majoriteten av astronauterna en organismreaktion som kallas rymdanpassningssyndrom .
Med en lång (mer än en vecka) vistelse för en person i rymden börjar frånvaron av kroppsvikt orsaka vissa skadliga förändringar i kroppen.
Den första och mest uppenbara konsekvensen av tyngdlöshet är musklernas snabba atrofi: musklerna är faktiskt avstängda från mänsklig aktivitet, som ett resultat faller alla kroppens fysiska egenskaper. Dessutom är konsekvensen av en kraftig minskning av aktiviteten av muskelvävnader en minskning av kroppens syreförbrukning, och på grund av det resulterande överskottet av hemoglobin kan aktiviteten hos benmärgen som syntetiserar det (hemoglobin) minska.
Det finns också anledning att tro att begränsningen av rörligheten kommer att störa fosforomsättningen i benen, vilket kommer att leda till en minskning av deras styrka. .
Ganska ofta förväxlas viktens försvinnande med försvinnandet av gravitationsattraktionen, men så är det inte alls. Ett exempel är situationen på den internationella rymdstationen (ISS). På en höjd av 400 kilometer (stationens höjd) är accelerationen för fritt fall 8,63 m / s² , vilket är endast 12 % mindre än på jordens yta . Viktlöshetstillståndet på ISS uppstår inte på grund av "bristen på gravitation", utan på grund av rörelse i en cirkulär bana med den första kosmiska hastigheten , det vill säga astronauter, som det var, ständigt "faller framåt" med en hastighet på 7,9 km/s. Precis som ISS inte faller när den kretsar, så faller inte alla föremål på ISS till marken
På jorden, för experimentändamål, skapas ett kortvarigt tillstånd av viktlöshet (upp till 40 s) när ett flygplan flyger längs en ballistisk bana, det vill säga en sådan bana längs vilken ett flygplan skulle flyga under påverkan av kraften från gravitationen ensam. Denna bana vid låga hastigheter visar sig vara en parabel (den så kallade " Kepler-parabeln "), varför den ibland felaktigt kallas "parabolisk". I allmänhet är banan en ellips eller hyperbel.
Sådana metoder används för att träna astronauter i Ryssland och USA. I sittbrunnen är en kula upphängd i en tråd, som vanligtvis drar ner tråden (om flygplanet är i vila eller rör sig jämnt och i en rak linje). Frånvaron av spänning på tråden som kulan hänger på tyder på viktlöshet. Således måste piloten styra flygplanet så att bollen hänger i luften utan spänning på tråden. För att uppnå denna effekt måste flygplanet ha en konstant acceleration lika med g och riktad nedåt. Med andra ord skapar piloter noll G. Under lång tid kan en sådan överbelastning (upp till 40 sekunder) skapas om du utför en speciell aerobatisk manöver "misslyckande i luften." Piloter börjar plötsligt klättra och går in i en "parabolisk" bana, som slutar med samma abrupta höjdsänkning. Inuti flygkroppen finns en kammare där framtida kosmonauter tränar; det är en passagerarhytt helt klädd med ett mjukt överdrag utan säten för att undvika skador både i stunder av viktlöshet och i stunder av överbelastning.
En person upplever en liknande känsla av viktlöshet (delvis) när han flyger på civilflyg under landning. Men för flygsäkerhetens skull och på grund av den tunga belastningen på flygplanets struktur, sjunker alla reguljära flygplan sin höjd och gör flera förlängda spiralsvängar (från en flyghöjd på 11 km till en inflygningshöjd på ca 1-2 km) . Det vill säga att nedstigningen görs i flera pass, under vilka passageraren under några sekunder känner att han lyfts något från sätet och uppåt. Det är samma känsla för bilister som är bekanta med de branta backarna när bilen börjar röra sig ner från toppen.
Påståenden om att ett flygplan utför konstflygning som " Nesterov loopar " för att skapa kortsiktig viktlöshet är inget annat än en myt. Träning utförs i lätt modifierade passagerar- eller fraktflygplan, för vilka konstflyg och liknande flyglägen är superkritiska och kan leda till förstörelse av flygplanet i luften eller snabbt utmattningsförslitning av de bärande strukturerna.
Tillståndet av viktlöshet kan kännas i det första ögonblicket av en kropps fritt fall i atmosfären , när luftmotståndet fortfarande är litet.
Det finns flera flygplan som kan utföra flygningar med uppnåendet av ett tillstånd av viktlöshet utan att gå ut i rymden. Tekniken används både för utbildning av rymdorganisationer och för kommersiella flygningar av privatpersoner. Liknande flygningar utförs av det amerikanska flygbolaget Zero Gravity , Roskosmos (på Il-76 MDK sedan 1988, flygningar är även tillgängliga för enskilda [4] ), NASA (på Boeing KC-135), European Space Agency (på Airbus A-310) [ 5] . En typisk flygning varar ungefär en och en halv timme. Under flygningen genomförs 10-15 sessioner av viktlöshet, för att uppnå vilket flygplanet gör ett brant dyk. Varaktigheten av varje session av viktlöshet är cirka 25 sekunder [6] . Över 15 000 personer har flugit i november 2017 [7] . Många kända personer har gjort viktlösa flygningar ombord på ett flygplan, inklusive: Baz Aldrin , John Carmack , Tony Hawk , Richard Branson . Stephen Hawking gjorde också en kort flygning den 26 april 2007 [8] [9] [10] .
Ett annat sätt att simulera viktlöshet, och under lång tid, är att skapa vattenviktslöshet .