Невагомість – коротко

Нерідко можна почути фразу, що космонавти на орбіті відчувають невагомість, бо відцентрова сила врівноважує силу тяжіння Землі. Погодитися з цим неможливо. Ми вже говорили, що взаємодіяти можуть тільки тіла. Сила – не матеріальне тіло. Сила це математичний об’єкт, формула, яка існує тільки на папері. Компенсувати тяжіння можна, тільки розмістивши «над» супутником інший центр тяжіння, т. Е. Іншу планету. У нашому випадку, позбутися тяжіння Землі можна тільки повністю підкорившись йому, т. Е. Почати падати з висоти у напрямку до центру Землі. Той, хто падає, нічого не важить. Покажемо на досвіді, як виникає невагомість на орбіті.
Уявімо, що на гору Еверест (h = 8 км) втягли гармату і вистрілили в горизонтальному напрямку. Швидкість снаряда нехай буде 1 км / с. Прискорення вільного падіння на Землю приблизно дорівнює 10 м / с2. Спробуємо обчислити час t падіння снаряда на землю. Шлях снаряда h по вертикалі дорівнює 8 км. Якщо швидкість була б постійна, то h = vt. В даному випадку снаряд падає з прискоренням g, значить, в кінці падіння швидкість дорівнює gt. Враховуючи, що початкова швидкість по вертикалі була нульова (гармата направлена ​​строго по горизонталі), середня швидкість падіння vc = (0 + gt) / 2 = gt / 2. Тоді шлях h = vct = gt2 / 2 (7.1). Звідси, час падіння снаряда з висоти Евересту одно t = √2h / g (7.2). Підставляючи відомі дані, отримаємо t = √1600 = 40 (с). Значить, по горизонталі снаряд встигне пролетіти 40 км, але потім все одно впаде на землю. Подумки збільшимо вихідні дані до планетарних масштабів. Уявімо гору заввишки h = 320 км (висота орбіти супутника), а швидкість снаряда збільшимо до 8 км / с (перша космічна швидкість). Час падіння з такої висоти за формулою (7.2) дорівнює 250 секунд. За цей час снаряд полетить по горизонталі на 2000 км. Це відстань порівняти з радіусом Землі, що дорівнює 6400 км. Уявімо коло з таким радіусом і проведемо до неї відрізок дотичної довжиною 2000 км. Ми побачимо, що кінець відрізка відокремлюють від кола Землі все ті ж 320 км. Значить, через 250 секунд падіння снаряд знову опиниться на висоті 320 км над Землею і все повториться. Таким чином, супутник на орбіті перебуває в стані падіння, але ніяк не впаде, тому що поверхня Землі через свою кривизни буквально йде з-під ніг космонавтів, які «вічно» падають разом зі своєю космічною станцією, «насолоджуючись» станом невагомості.

Посилання на основну публікацію