Kako izmeriti telesno težo v breztežnostnem stanju. Vesoljske lestvice

Ki zdaj dela pri Mednarodni vesoljska postaja, preberi:
"... nadaljevali s predhodnim zbiranjem tovora za naš Sojuz, vključno z našo osebno kvoto 1,5 kg, in spakirali naše druge osebne stvari za vrnitev na Zemljo".

Razmišljal o tem. Ok, astronavti lahko vzamejo 1,5 kg stvari s seboj iz orbite. Toda kako bodo določili svojo maso v razmerah breztežnosti (mikrogravitacije)?

Možnost 1 - računovodstvo. Vse stvari na vesoljskem plovilu je treba stehtati vnaprej. Treba je natančno vedeti, koliko tehtajo pokrovček za pisalo, nogavica in bliskovni pogon.

Možnost 2 - centrifugalna. Predmet odvijamo na kalibrirani vzmeti; od kotna hitrost, polmer vrtenja in deformacije vzmeti, izračunamo njeno maso.

Možnost 3 - drugi Newton (F=ma). Telo potiskamo z vzmetjo in merimo njegov pospešek. Če poznamo potisno silo vzmeti, dobimo maso.

Izkazalo se je, da je četrti.
Uporabljena je odvisnost obdobja nihanja vzmeti od mase telesa, ki je nanj pritrjeno.
Merilnik telesne mase in majhnih mas v ničelni gravitaciji "IM-01M" (merilec mase):

"IM" je bil uporabljen na postajah Saljut in Mir. Masometer je imel lastno težo 11 kg, tehtanje je trajalo pol minute, med katerimi je naprava natančno izmerila obdobje nihanja ploščadi z bremenom.

Takole Valentin Lebedev opisuje postopek v svojem "Dnevniku kozmonavta" (1982):
»Prvič se moramo tehtati v vesolju. Jasno je, da navadne tehtnice ne morejo delovati, saj naše tehtnice, za razliko od teh na zemlji, delujejo po drugačnem principu nihajna platforma na vzmeti.
Pred tehtanjem spustim ploščad, stisnem vzmeti, do sponk, se uležem nanjo, tesno pritisnem na površino in se fiksiram, združim telo, da ne binglja, ovijem noge in roke okoli profilne podpore platforme. Pritiskam na sprožilec. Rahel pritisk in začutim vibracije. Njihova frekvenca je prikazana na indikatorju v digitalni kodi. Preberem njegovo vrednost, odštejem kodo za frekvenco tresljajev ploščadi, izmerjeno brez osebe, in s pomočjo tabele določim svojo težo."

Orbitalna postaja s posadko "Almaz", merilnik mase številka 5:

Posodobljena različica te naprave je zdaj na Mednarodni vesoljski postaji:

Po pravici povedano se možnost 1 (predhodno tehtanje vsega) še vedno uporablja za splošno kontrolo, možnost 3 (drugi Newtonov zakon) pa se uporablja v napravi za tehtanje vesoljske naprave za merjenje mase linearnega pospeška (

Tehtnica bo pokazala natančnejšo težo, če na tehtnici stojite mirno. Pri sklanjanju ali počepu bo tehtnica pokazala zmanjšanje teže. Na koncu upogiba ali počepa bo tehtnica pokazala povečanje teže.

Nazaj na vrh

Zakaj telo, obešeno na nit. niha, dokler se njegovo težišče ne nahaja neposredno pod točko vzmetenja?

Če težišče ni pod točko vzmetenja, potem gravitacija ustvari navor; če je težišče pod točko vzmetenja, je navor teže enak nič.

Ker sta žogi enaki, potem se bo žogica, ki se giblje pred udarcem, ustavila, žogica, ki miruje pred udarcem, pa bo pridobila svojo hitrost.

Nazaj na vrh

Topel zrak se dviga. Zakaj je v nižjih plasteh troposfere topleje?

Vstajanje atmosferski zrakširi in ohlaja.

Zakaj je senca stopal na tleh manj zamegljena kot senca glave?

To je razloženo z dejstvom, da se sence, ki jih tvorijo različni deli razširjenega svetlobnega vira, med seboj prekrivajo, meje teh senc pa ne sovpadajo. Razdalje med mejami senc iz različnih delov vira bodo najmanjše, če je razdalja od predmeta do površine, na kateri nastane senca, relativno majhna.

V vodi, ki teče iz vodovodne pipe, se del raztopljenega zraka sprosti v obliki ogromno majhni mehurčki. Na mejah teh mehurčkov je svetloba podvržena številnim odbojem, zato se voda obarva mlečno belo.

Takšen motor bo deloval, vendar bo njegova učinkovitost nizka, saj večina predan delo bo naredilo za stiskanje plina.

V nohtih se zaradi njihove magnetizacije istoimenski poli nahajajo v bližini. Istoimenski drogovi se odbijajo na točkah obešanja, trenje preprečuje odboj, spodaj pa se konci žebljev, ki prosto visijo, razhajajo in doživljajo odbojne sile.

Zakaj je steklo v starodavnih zgradbah, ki so se ohranile do danes, debelejše na dnu?

Steklo je amorfno telo. Atomi v njej, tako kot v tekočini, niso urejeni in se lahko premikajo. Zato vertikalno steklo teče počasi in po nekaj stoletjih lahko opazite, da spodnji del stekla postane debelejši.

Za kaj se porabi energija, ki jo porabi hladilnik?

Električna energija, ki jo porabi hladilnik, se porabi za ogrevanje prostora.

Zmanjšajte težo topla voda ki jih zadržujejo sile površinske napetosti, bo manjša. Koeficient površinske napetosti vode pada z naraščajočo temperaturo.

Z ledom lahko zakurite ogenj na sončen dan, če iz ledu naredite bikonveksno lečo. Bikonveksna leča ima lastnost, da zbira svetlobo, ki pada nanjo. sončni žarki na eno točko (v fokusu), s čimer lahko pridete na to točko visoka temperatura in vžge vnetljiv material.

Zakaj se nam zahajajoče sonce zdi rdeče?

Svetlobni val prepotuje daljšo razdaljo v ozračju od zahajajočega sonca kot od sonca v zenitu. Svetloba, ki prehaja skozi ozračje, se razprši v zraku in delcih v njem. Sipanje nastane predvsem pri kratkovalovnem sevanju.

Človek lahko teče hitreje od svoje sence, če je senca oblikovana na steni, vzporedno s katero oseba teče, in se vir svetlobe premika. hitreje kot človek v isto smer kot m in človek.

V katerem primeru se vrv raztegne močneje - če človek njene konce vleče z rokami v različnih smereh ali če vleče z obema rokama na enem koncu, drugo pa priveže na steno? Predpostavimo, da v obeh primerih vsaka roka deluje na vrv z enako silo.

V drugem primeru se vrv bolj raztegne. Če predpostavimo, da vsaka roka deluje na vrv s silo, ki je po velikosti enaka F, potem v prvem primeru vrv doživi silo F, v drugem primeru pa 2F.

Ob polni luni so na vrhu njenega diska vidne velike temne lise na Luni. Zakaj so te točke na zemljevidih ​​Lune na dnu?

Slika Lune na zemljevidih ​​ustreza njeni sliki, pridobljeni s teleskopom.

Kako se bo spremenila nihajna doba vedra z vodo, obešenega na dolgi vrvi, če voda postopoma teče iz luknje na njegovem dnu?

Za ta sistem je dober približek model matematično nihalo, katerega obdobje nihanja je odvisno od njegove dolžine.

Če je vedro na začetku v celoti napolnjeno, se bo ob izteku vode nihajna doba sprva povečala. To je razloženo z dejstvom, da se bo težišče sistema "vedro-voda" zmanjšalo, posledično pa se bo dolžina nihala povečala. Nato se bo obdobje zmanjšalo zaradi povečanja težišča sistema vedro-voda. Ko iz vedra izlijemo vso vodo, bo nihajna doba postala enaka prvotni, ker prvotna dolžina nihala bo obnovljena.

Koncept mase odpira veliko vprašanj: Ali je masa teles odvisna od njihove hitrosti? Ali je masni aditiv pri združevanju teles v sistem (tj. m12 = m1 + m2)? Kako izmeriti telesno maso v vesolju?

Različni učitelji fizike na ta vprašanja odgovarjajo različno, zato ne preseneča, da je prva zapoved mladi specialist Ko nekdo pride delat na raziskovalni inštitut, postane »pozabi vse, kar si se naučil v šoli«. Na tej strani vas bom seznanil s stališčem strokovnjakov, ki se pri svojem delu srečujejo s temi vprašanji znanstveno delo. Toda najprej si podrobneje oglejmo fizični pomen pojma mase.

Govoril sem že o matematično-geometrični razlagi mase kot ukrivljenosti geodetskih črt štiridimenzionalnega prostora/časa, vendar je Einstein v svojem delu iz leta 1905 maso in fizični pomen, ki uvaja koncept energije mirovanja v fiziko.

Danes, ko govorijo o masi, fiziki mislijo na koeficient, določen s formulo:

m2=E2/c4-p2/c2 (1)

V vseh formulah so uporabljeni naslednji zapisi (če ni drugače določeno):

Takšna masa se pri prehodu iz enega inercialnega referenčnega sistema v drugega ne spremeni inercialni sistem. To je enostavno preveriti, če uporabite Lorentzovo transformacijo za E in p, kjer je v hitrost enega sistema glede na drugega, vektor v pa je usmerjen vzdolž osi x:

(2)

Tako je za razliko od E in p, ki sta komponenti 4-dimenzionalnega vektorja, masa Lorentzova invarianta.

Hrana za razmislek:

Lorentzova transformacija podpira celoten svet Einsteinovih formul. Vrača se k teoriji, ki jo je predlagal fizik Hendrik Anton Lorentz. Bistvo se na kratko zvede v naslednjem: hitro premikajočemu se telesu zmanjšajo vzdolžne - v smeri gibanja - dimenzije. Davnega leta 1909 je slavni avstrijski fizik Paul Ehrenfest podvomil v to ugotovitev. Tukaj je njegov ugovor: recimo, da so premikajoči se predmeti res sploščeni. V redu, izvedimo poskus z diskom. Vrteli ga bomo in postopoma povečevali hitrost. Velikost diska se bo, kot pravi gospod Einstein, zmanjšala; poleg tega bo disk popačen. Ko hitrost vrtenja doseže svetlobno hitrost, bo disk preprosto izginil.

Einstein je bil šokiran, ker je imel Ehrenfest prav. Ustvarjalec teorije relativnosti je na straneh ene od posebnih revij objavil nekaj svojih protiargumentov, nato pa svojemu nasprotniku pomagal dobiti mesto profesorja fizike na Nizozemskem, za kar si je že dolgo prizadeval. Ehrenfest se je tja preselil leta 1912. Po drugi strani pa Ehrenfestovo odkritje, ki smo ga omenili, izgine s strani knjig o delni teoriji relativnosti: tako imenovani Ehrenfestov paradoks.

Šele leta 1973 je bil Ehrenfestov špekulativni poskus prenesen v prakso. Fizik Thomas E. Phipps je fotografiral disk, ki se vrti z ogromno hitrostjo. Te fotografije (posnete z bliskavico) naj bi služile kot dokaz Einsteinovih formul. Vendar je bila pri tem napaka. Dimenzije diska se – v nasprotju s teorijo – niso spremenile. »Longitudinalna kompresija«, ki jo napoveduje delna teorija relativnosti, se je izkazala za skrajno fikcijo. Phipps je poročilo o svojem delu poslal urednikom priljubljene revije Nature. Zavrnila ga je. Na koncu je bil članek objavljen na straneh neke posebne revije, ki izhaja v majhni nakladi v Italiji. Vendar ga nihče ni nikoli ponatisnil. Senzacije ni bilo. Članek je ostal neopažen.

Nič manj izjemna ni usoda poskusov, v katerih so poskušali zabeležiti dilatacijo časa med gibanjem.

Mimogrede, iz relacije (1) dobimo slavni Einsteinov izraz za energijo mirovanja E0=mc2 (če je p=0). . In če za enoto hitrosti vzamemo svetlobno hitrost, tj. če postavimo c = 1, potem je masa telesa enaka njegovi mirovalni energiji. In ker se energija ohranja, potem je masa ohranjena količina, ki ni odvisna od hitrosti. Tukaj je odgovor na

prvo vprašanje In ravno energija počitka, »speča« v masivnih telesih, se delno sprosti pri kemijskih in predvsem jedrskih reakcijah.

Zdaj pa poglejmo vprašanje aditivnosti:

Za prehod v drug inercialni referenčni sistem je treba uporabiti Lorentzove transformacije za telo, ki miruje v prvotnem okvirju. V tem primeru takoj dobimo povezavo med energijo in gibalno količino telesa ter njegovo hitrostjo:

(3)

Opomba: Delci svetlobe, fotoni, so brezmasni. Zato iz zgornjih enačb sledi, da je za foton v = c.

Energija in zagon se seštevata. Skupna energija dveh prosta telesa enaka vsoti njunih energij (E = E1 + E2), z gibalno količino podobno. Toda če te zneske nadomestimo s formulo (1), vidimo to

Izkaže se, da je skupna masa odvisna od kota med pulzoma p1 in p2.

Iz tega sledi, da je masa sistema dveh fotonov z energijama E enaka 2E/c2, če priletita nasprotnih straneh, in nič, če letijo v eno smer. Kar je zelo nenavadno za človeka, ki se prvič sreča s teorijo relativnosti, a to je dejstvo! Newtonova mehanika, kjer je masa aditivna, ne deluje pri hitrostih, primerljivih s svetlobno hitrostjo. Lastnost masne aditivnosti sledi iz formul le v meji, ko je v<

Torej, za izvajanje načela relativnosti in konstantnosti svetlobne hitrosti so potrebne Lorentzove transformacije, iz katerih izhaja, da je razmerje med gibalno količino in hitrostjo podano s formulo (3) in ne z Newtonovo formulo p = mv.

Pred stotimi leti so po inerciji razmišljanja poskušali prenesti Newtonovo formulo v relativistično fiziko in tako je nastala ideja o relativistični masi, ki raste z naraščajočo energijo in posledično z naraščajočo hitrostjo. Formula m=E/c2 je z današnjega vidika artefakt, ki ustvarja zmedo v glavah: po eni strani je foton brez mase, po drugi pa ima maso.

Zakaj je zapis E0 smiseln? Ker je energija odvisna od referenčnega okvira in indeks nič v tem primeru pomeni, da je to energija v preostalem okviru. Zakaj je zapis m0 (mirovalna masa) nerazumen? Ker masa ni odvisna od referenčnega okvirja.

K nastali zmedi prispeva tudi trditev o enakovrednosti energije in mase. Dejansko, kadar obstaja masa, je tudi energija, ki ji ustreza: energija mirovanja E0=mc2. Vendar, ko je energija, ni vedno masa. Masa fotona je nič, njegova energija pa ni enaka nič. Energije delcev v kozmičnih žarkih ali v sodobnih pospeševalnikih so za veliko velikostnih redov višje od njihovih mas (v enotah, kjer je c = 1).

Izjemno vlogo pri oblikovanju sodobnega relativističnega jezika je odigral R. Feynman, ki je v petdesetih letih prejšnjega stoletja ustvaril relativistično invariantno teorijo motenj v kvantni teoriji polja nasploh in še posebej v kvantni elektrodinamiki. Ohranjanje 4-vektorske energije - gibalne količine je osnova znane tehnike Feynmanovih diagramov ali, kot jih imenujemo tudi Feynmanovih grafov. V vseh svojih znanstvenih delih je Feynman uporabljal koncept mase, podane s formulo (1). Fiziki, ki so se s teorijo relativnosti začeli seznanjati s teorijo polja Landaua in Lifshitza ali znanstvenimi članki Feynmana, niso mogli več priti na idejo, da bi maso telesa imenovali energija, deljena s c2. , vendar je v priljubljeni predstavitvi (vključno s slavnimi Feynmanovimi predavanji o fiziki) ta artefakt ostal. In to je zelo žalostno dejstvo, katerega delno razlago, se mi zdi, je treba iskati v dejstvu, da se tudi največji fiziki, ki prehajajo iz znanstvenih v izobraževalne dejavnosti, poskušajo prilagoditi zavesti širokega kroga bralcev. vzgojen na m=E/c2

Da bi se znebili takšnih »zablod«, je treba sprejeti enotno sodobno znanstveno terminologijo v izobraževalni literaturi o teoriji relativnosti. Vzporedna uporaba sodobnih in že zdavnaj zastarelih simbolov in izrazov spominja na Marsovo sondo, ki je strmoglavila leta 1999, ker je eno od podjetij, ki je sodelovalo pri njenem nastanku, uporabljalo inče, druga pa metrični sistem

Danes se je fizika približala vprašanju narave mase tako zares elementarnih delcev, kot so leptoni in kvarki, kot delcev, kot sta proton in nevtron, imenovanih hadroni. To vprašanje je tesno povezano z iskanjem tako imenovanih Higgsovih bozonov ter s strukturo in razvojem vakuuma. In tukaj se besede o naravi mase nanašajo seveda na invariantno maso m, definirano v formuli (1), in ne na relativistično maso, ki preprosto predstavlja skupno energijo prostega delca

V teoriji relativnosti masa ni merilo vztrajnosti. (formula F-ma). Merilo vztrajnosti je skupna energija telesa ali sistema teles. Fiziki delcem ne pripisujejo nobenih oznak, zlasti tistih, ki ustrezajo Newtonovi ideji mase. Navsezadnje tudi fiziki brezmasne delce smatrajo za delce. Glede na pravkar povedano ni presenetljivo, da sevanje prenaša energijo z enega telesa na drugo in s tem vztrajnost

In še kratek povzetek:

Masa ima enako vrednost v vseh referenčnih okvirih, nespremenljiva je ne glede na to, kako se delec giblje

Vprašanje "Ali ima energija maso mirovanja?" nima smisla. Energija nima mase, temveč telo (delec) ali sistem delcev. Avtorji učbenikov, ki iz E0=mc2 sklepajo, da ima "energija maso", pišejo preprosto nesmiselno frazo. Maso in energijo je mogoče identificirati le s kršitvijo logike, saj je masa relativistični skalar, energija pa komponenta 4-vektorja. V razumni terminologiji se lahko sliši le: "Enakovrednost energije in mase počitka."

Kako izmeriti telesno maso v vesolju?

Vemo torej, da je maša temeljna fizikalna količina, ki določa inercialno in gravitacijsko fizikalne lastnosti telesa. Z vidika relativnostne teorije označuje masa telesa m njegovo energijo mirovanja, ki je po Einsteinovem razmerju: , kjer je svetlobna hitrost.

V Newtonovi teoriji gravitacije je masa vir sile. univerzalna gravitacija, ki privlači vsa telesa drug k drugemu. Silo, s katero telo z maso privlači telo z maso, določa Newtonov gravitacijski zakon:

ali če sem bolj natančen., kjer je vektor

Vztrajnostne lastnosti mase v nerelativistični (Newtonovi) mehaniki določa razmerje. Iz zgoraj navedenega je mogoče dobiti vsaj tri načine za določanje telesne mase v breztežnosti.

Lahko anihilirate (pretvorite vso maso v energijo) preučevano telo in izmerite sproščeno energijo – z uporabo Einsteinovega odnosa, da dobite odgovor. (Primerno za zelo majhna telesa - na primer, tako lahko ugotovite maso elektrona). Toda tudi slab teoretik ne bi smel predlagati takšne rešitve. Pri anihilaciji enega kilograma mase se sprosti 2·1017 joulov toplote v obliki močnega sevanja gama.

S testnim telesom izmerite silo privlačnosti, ki deluje nanj od preučevanega predmeta, in ob poznavanju razdalje z uporabo Newtonovega razmerja poiščite maso (analogno s Cavendishevim poskusom). To je zapleten eksperiment, ki zahteva subtilne tehnike in občutljivo opremo, vendar v tej dimenziji (aktiven) gravitacijska masa reda kilograma ali več s povsem spodobno natančnostjo, danes ni nič nemogoče. Gre le za resno in subtilno izkušnjo, na katero se morate pripraviti pred izstrelitvijo vaše ladje. V zemeljskih laboratorijih je bil Newtonov zakon preizkušen z odlično natančnostjo za relativno majhne mase v razponu razdalje od enega centimetra do približno 10 metrov.

Deluj na telo z neko znano silo (npr. na telo pritrdi dinamometer) in izmeri njegov pospešek ter s pomočjo razmerja poišči maso telesa (primerno za telesa srednje velikosti).

Lahko uporabite zakon o ohranitvi gibalne količine. Če želite to narediti, morate imeti eno telo znane mase in izmeriti hitrosti teles pred in po interakciji.

Najboljši način tehtanje telesa - merjenje/primerjanje njegove inertne mase. In to je metoda, ki se zelo pogosto uporablja v fizične meritve(pa ne samo v ničelni gravitaciji). Kot se verjetno spomnite iz osebna izkušnja in iz tečaja fizike, utež, pritrjena na vzmet, niha z zelo specifično frekvenco: w = (k/m)1/2, kjer je k togost vzmeti, m je masa uteži. Tako lahko z merjenjem frekvence nihanja uteži na vzmeti zahtevano natančnost določi njegovo maso. Poleg tega ni popolnoma vseeno, ali obstaja breztežnost ali ne. Pri ničelni gravitaciji je priročno pritrditi držalo za izmerjeno maso med dvema vzmetema, napetima nasprotna smer. (Za zabavo lahko določite, kako je občutljivost tehtnice odvisna od prednapetosti vzmeti).

IN resnično življenje Takšne tehtnice se uporabljajo za določanje vlažnosti in koncentracije določenih plinov. Kot vzmet se uporablja piezoelektrični kristal, katerega lastna frekvenca je določena z njegovo togostjo in maso. Na kristal je nanesen premaz, ki selektivno absorbira vlago (ali določene plinske ali tekoče molekule). Koncentracija molekul, ki jih prevleka ujame, je v določenem ravnovesju z njihovo koncentracijo v plinu. Molekule, ki jih ujame prevleka, nekoliko spremenijo maso kristala in s tem frekvenco njegovih naravnih vibracij, ki se določijo elektronsko vezje(ne pozabite, rekel sem, da je kristal piezoelektričen)... Takšne “tehtnice” so zelo občutljive in omogočajo določanje zelo majhnih koncentracij vodne pare ali kakšnih drugih plinov v zraku.

Da, če se zgodi, da ste v ničelni gravitaciji, potem ne pozabite, da odsotnost teže ne pomeni odsotnosti mase, in v primeru trka na strani vašega vesoljska ladja modrice in izbokline bodo resnične

Dediči (čl. 1117). Za zahteve za razveljavitev oporoke velja splošni triletni zastaralni rok (196. člen Civilnega zakonika). poglavje III Težave pravna ureditev Institut dedovanja po oporoki in možnosti razvoja. §1 Nekatere novosti in problemi pravne ureditve instituta dedovanja po oporoki. Povečana...

Zakonitosti, ne glede na naše znanje o naravi pojavov. Vsak učinek ima svoj vzrok. Kot vse drugo v fiziki se je koncept determinizma spreminjal z razvojem fizike in vseh naravoslovnih znanosti. V 19. stoletju se je Newtonova teorija dokončno oblikovala in uveljavila. K njenemu oblikovanju je pomembno prispeval P.S. Bil je avtor klasičnih del o nebesna mehanika in...

Kviz vprašanja. Kako se obnašajo v ničelni gravitaciji? peščena ura? Peščena ura - stran št. 1/1

13f1223 “Aksiumniki”

1. Kako se peščene ure obnašajo v ničelni gravitaciji?

Peščena ura- najpreprostejša naprava za merjenje časovnih intervalov, sestavljena iz dveh posod, povezanih z ozkim vratom, od katerih je ena delno napolnjena s peskom. Čas, ki je potreben, da se pesek vlije skozi vrat v drugo posodo, lahko znaša od nekaj sekund do nekaj ur.

Peščena ura je bila znana v davni časi. V Evropi so se razširili v srednjem veku. Ena prvih omemb takšne ure je v Parizu odkrito sporočilo, ki vsebuje navodila za pripravo drobnega peska iz prahu črnega marmorja, skuhanega v vinu in posušenega na soncu. Na ladjah so uporabljali štiriurno peščeno uro (čas ene ure) in 30-sekundno za določanje hitrosti ladje po dnevniku.

Trenutno se peščene ure uporabljajo le pri nekaterih medicinskih posegih, v fotografiji in tudi kot spominki.

Natančnost peščene ure je odvisna od kakovosti peska. Bučke smo napolnili z žarjenim drobnozrnatim peskom, ga presejali skozi fino sito in temeljito posušili. Kot izvorni material Uporabljen je bil tudi mleti cink in svinčev prah.

V ničelni gravitaciji peščena ura, tako kot ura z nihalom, ne bo delovala. Zakaj? Ker bodo odvisne od gravitacije, nihalo ne bo nihalo, zrna peska ne bodo padala, saj gravitacije v vesolju ni.

2. Kako izmeriti maso telesa v vesolju?

V Newtonovi teoriji gravitacije masa služi kot vir sile univerzalne gravitacije, ki med seboj privlači vsa telesa. Silo, s katero telo z maso privlači telo z maso, določa Newtonov gravitacijski zakon:

ali če sem bolj natančen. , kjer je vektor

Vztrajnostne lastnosti mase v nerelativistični (Newtonovi) mehaniki določa razmerje. Iz zgoraj navedenega je mogoče dobiti vsaj tri načine za določanje telesne mase v breztežnosti.

V vesolju ni le težko, ampak skoraj nemogoče uporabljati navadno kladivo. To se zgodi, ker imamo različne gravitacijske pogoje na zemlji in v vesolju. Na primer: v vesolju je vakuum, v vesolju ni teže, se pravi, vsi so enaki, vseeno je ali si gumb ali vesoljska postaja.

V vesolju ni koncepta gor in dol, ker... Ni mejnika, glede katerega bi lahko rekli, da kjer je gor in nasproti dol, seveda lahko za ta mejnik vzamemo planet, na primer sonce, vendar to ni uradno sprejeto, verjamejo, da gor ni in navzdol.

Zasnova kladiva na tleh je narejena na principu pridobivanja večje kinetične energije, tj večja hitrost zamahu in masi samega kladiva, močnejši je udarec.

Na tleh delamo s kladivom z uporabo oporne točke - tla, tla ležijo na tleh, tla pa so spodaj, vse je potegnjeno navzdol. V vesolju ni oporne točke, ni dna in vsi imajo ničelno težo, ko astronavt udari s kladivom, bo videti kot trk dveh teles, ki imata kinetična energija, se bo astronavt preprosto začel sukati z ene strani na drugo, sicer bo, zakaj je udaril, odletel na stran, ker sami niso "pritrjeni" na nič. Zato morate delati s kladivom glede na nekaj, na primer, lahko pritrdite kladivo na telo tistega, kar morate udariti, tako da kladivo ni samo po sebi, ampak ima oporišče.

1. 
   Kakšna je razlika med procesom zamrzovanja vode na Zemlji in v vesoljski orbiti?

Če pa je tlak pod 610 Pa (tlak trojne točke vode), vode ne more biti noter tekoče stanje- led ali para. Zato pri zelo nizki pritiski Večina vode izhlapi, preostanek pa se spremeni v led. Na primer (glej fazni diagram) pri tlaku 100 Pa se vmesnik med ledom in paro pojavi pri približno 250 K. Tukaj morate pogledati zakon porazdelitve molekul po hitrosti. Iz svetilke predpostavimo, da ima 5 % najpočasnejših molekul vode povprečna temperatura 250K. To pomeni, da bo pri tlaku 100 Pa 95% vode izhlapelo, 5% pa se bo spremenilo v led, temperatura tega ledu pa bo 250 K.

Ti argumenti seveda ne upoštevajo nobenih tankočutnosti, kot je npr skrita energija fazni prehodi, prerazporeditev molekul po hitrosti med ohlajanjem, pa menim, da kvalitativno pravilno opisujejo proces.

V vesolju je tlak bistveno nižji, ni pa nič. In krivulja med ledom in paro na faznem diagramu gre do točke (T = 0; P = 0), ko se tlak zmanjša. To pomeni, da je pri poljubno nizkem (vendar neničelnem) tlaku temperatura sublimacije ledu različna od nič. To pomeni, da bo velika večina vode izhlapela, vendar se bo njen mikroskopski del spremenil v led.

Tukaj je še en odtenek. Prostor je prežet s sevanjem s temperaturo približno 3 K. To pomeni, da se voda (led) ne more ohladiti pod 3 K. Zato je izid procesa odvisen od sublimacijskega tlaka ledu pri temperaturi 3 K. Ker sublimacijska meja teži k ničli po zelo strmi eksponenti

P = A exp(-k/T), z A okoli 10^11 Pa in k okoli 5200,

potem je sublimacijski tlak pri 3 K eksponentno majhen, zato bi morala vsa voda izhlapeti (ali sublimirati ves led, če želite).

Naše Sonce ima maso 1,99 × 10 27 ton - 330 tisočkrat težje od Zemlje. A to še zdaleč ni meja. Najtežja odkrita zvezda R136a1 tehta toliko kot 256 Sonc. A, nam najbližja zvezda, je komajda presegla desetino višine naše zvezde. Masa zvezde se lahko osupljivo spreminja - toda ali obstaja meja? In zakaj je tako pomemben za astronome?

Masa je ena najpomembnejših in nenavadnih lastnosti zvezde. Iz njega lahko astronomi natančno določijo starost zvezde in njeno prihodnjo usodo. Poleg tega masivnost določa moč gravitacijskega stiskanja zvezde - glavni pogoj, da se jedro zvezde "vžge" v termonuklearni reakciji in začetku. Zato je masa prehoden kriterij za kategorijo zvezd. Prelahki objekti, kot je , ne bodo mogli zares zablesteti – pretežki pa spadajo v kategorijo ekstremnih objektov tipa.

In hkrati znanstveniki komajda lahko izračunajo maso zvezde - edina zvezda, katere masa je natančno znana, je naša. Naša Zemlja je pomagala prinesti takšno jasnost. Če poznate maso planeta in njegovo hitrost, lahko izračunate maso same zvezde na podlagi spremenjenega Keplerjevega tretjega zakona slavni fizik Isaac Newton. Johannes Kepler je odkril povezavo med razdaljo od planeta do zvezde in hitrostjo polni obrat planetov okoli zvezde, Newton pa je svojo formulo dopolnil z masama zvezde in planeta. Spremenjeno različico Keplerjevega tretjega zakona astronomi pogosto uporabljajo – ne samo za določanje mase zvezd, ampak tudi drugih vesoljskih objektov, komponente skupaj.

Za zdaj lahko le ugibamo o oddaljenih svetilih. Najnaprednejša (v smislu natančnosti) je metoda za določanje mase zvezdni sistemi. Njegova napaka je »samo« 20–60 %. Ta netočnost je kritična za astronomijo – če bi bilo Sonce 40 % lažje ali težje, življenje na Zemlji ne bi nastalo.

Pri merjenju mase posameznih zvezd, v bližini katerih ni vidnih objektov, katerih orbito bi lahko uporabili za izračune, astronomi sklepajo kompromis. Danes se bere, da je masa ene zvezde enaka. Znanstvenikom je v pomoč tudi povezava med maso in sijem zvezde, saj sta obe lastnosti odvisni od moči jedrske reakcije in velikost zvezde - neposredni pokazatelji mase.

Vrednost mase zvezde

Skrivnost masivnosti zvezd ni v kakovosti, temveč v količini. Naše Sonce je tako kot večina zvezd v 98 % sestavljeno iz dveh najlažjih elementov v naravi – vodika in helija. Toda hkrati vsebuje 98% celotne mase!

Kako se lahko tako lahke snovi združijo v ogromne goreče krogle? Če želite to narediti, morate biti brez velikih kozmična telesa prostor, veliko materiala in začetni sunek – da se začneta prvi kilogrami helija in vodika privlačiti. V molekularnih oblakih, kjer se rojevajo zvezde, nič ne preprečuje kopičenja vodika in helija. Toliko jih je, da začne gravitacija na silo potiskati skupaj jedra vodikovih atomov. S tem se začne termonuklearna reakcija, ki spremeni vodik v helij.

Logično je, da kaj več mase zvezda, večja je njena svetilnost. Dejansko je v masivni zvezdi veliko več vodikovega "goriva" za termonuklearno reakcijo in gravitacijska kompresija, ki aktivira proces, je močnejša. Dokaz je v najmasivnejši zvezdi R136a1, omenjeni na začetku članka – ker je 256-krat težja, sije 8,7-milijon-krat močneje od naše zvezde!

Ima pa tudi masivnost hrbtna stran: zaradi intenzivnosti procesov vodik hitreje "gori" v termonuklearnih reakcijah v notranjosti. Zato masivne zvezde ne živijo prav dolgo. kozmično merilo- več sto ali celo več deset milijonov let.

• Zanimivo dejstvo: če je masa zvezde 30-krat večja od mase Sonca, ne more živeti več kot 3 milijone let – ne glede na to, koliko je njena masa 30-krat večja od Sončeve. To je posledica presežene Eddingtonove meje sevanja. Energija transcendentalne zvezde postane tako močna, da v potokih trga materijo zvezde – in bolj ko je zvezda masivna, večja je izguba mase.

Zgoraj smo pogledali glavno fizikalni procesi, povezano z maso zvezde. Zdaj pa poskusimo ugotoviti, katere zvezde je mogoče "izdelati" z njihovo pomočjo.