Меню

Измерить массу тела космосе

Измерить массу тела космосе

Вопрос: Как измерить массу тела в космосе, ведь там нет веса?

Ответ: Давайте разберемся с тем, что такое масса. Масса это фундаментальная физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные физические свойства тела.

С точки зрения теории относительности масса тела m характеризует его энергию покоя , которая согласно соотношению Эйнштейна: , где — скорость света.

В ньютоновской теории гравитации масса служит источником силы всемирного тяготения, притягивающей все тела друг к другу. Сила , с которой тело массы притягивает тело с массой , определяется законом тяготения Ньютона:

Инерционные свойства массы в нерелятивистской (ньютоновской) механике определяются соотношением . Из сказанного выше, можно получить по крайней мере три способа определения массы тела в невесомости.

1. Можно аннигилировать (перевести всю массу в энергию) исследуемое тело и измерить выделившуюся энергию — по соотношению Эйнштейна получить ответ. (Годится для очень малых тел — например, так можно узнать массу электрона)

2. С помощью пробного тела измерить силу притяжения, действующую на него со стороны исследуемого объекта и, зная расстояние по соотношению Ньютона, найти массу. (Годится для очень больших тел — например, так можно узнать массу планеты)

3. Подействовать на тело с какой — либо известной силой (например прицепить к телу динамометр) и измерить его ускорение, а по соотношению найти массу тела (Годится для тел промежуточного размера).

Да, если вам доведется побывать в невесомости, то помните, что отсутствие веса, это не значит отсутствие массы и в случае удара о борт вашего космического корабля синяки и шишки будут самыми настоящими :).

Источник

Калькулятор веса на разных планетах

Ваш вес на Земле:

Теория

Для начала следует отметить, что вес измеряется в Ньютонах, а в килограммах измеряется масса, а это не одно и тоже! Так вот именно вес предмета на разных планетах – разный. А вот масса – нет.

В невесомости любой предмет весит 0 Ньютонов. Но его массу вполне можно измерить и там. Для этого используется специальный прибор – массметр.

Как рассчитать вес предмета на разных планетах?

Вес рассчитывается по следующей формуле:

P = m⋅g , где m это масса предмета, а g — ускорение свободного падения.

g («Же») у каждой планеты свой. На земле ускорение свободного падения равно 9,80665 м/с² или примерно 1 g.

То есть вес и масса предмета на поверхности Земли примерно совпадают (P = m⋅1). Это если вес измерять в кг, а если в Ньютонах то 1кг ≈ 10Н.

В невесомости g ≈ 0.

Ускорение свободного падения на планетах солнечной системы

Для планет солнечной системы ускорение свободного падения имеет следующие значения*:

  • Земля – 1 g – 9,80665 м/с²
  • Луна – 0.165 g – 1,62 м/с²
  • Меркурий – 0.38 g – 3,7 м/с²
  • Венера – 0.906 g – 8,87 м/с²
  • Марс – 0.378 g – 3,711 м/с²
  • Сатурн – 1.065 g – 10,44 м/с²
  • Юпитер – 2.442 g – 24,79 м/с²
  • Нептун – 1.131 g – 11,15 м/с²
  • Уран – 0.903 g – 8,87 м/с²
  • Плутон – 0.063 g – 0,617 м/с²
  • Ио – 0.183 g – 1,796 м/с²
  • Европа – 0.134 g – 1,315 м/с²
  • Ганимед – 0.146 g – 1,428 м/с²
  • Каллисто – 0.126 g – 1,235 м/с²
  • Солнце – 27.85 g – 274,0 м/с²

* Данные взяты из Википедии.

Пример

К примеру, возьмём вес среднестатистического человека — 70 кг.

На Марсе он будет «весить» 70 ⋅ 0.378 ≈ 26.46 кг

Источник

Как измерить массу тела в космосе?

Содержание:

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 21.10.2019
  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Феномен невесомости всегда вызывал у меня интерес. Тем не менее, каждый человек хочет летать, а невесомость это нечто близкое к состоянию полета. До начала исследования я только знал, что невесомость это состояние, которое наблюдается в космосе, на космическом корабле, при котором все объекты летают, а космонавты не могут стоять на ногах, как на Земле.

Негравитация это больше проблема для космонавтики, чем необычное явление. Во время полета на космическом корабле могут возникнуть проблемы со здоровьем, и после приземления космонавтов необходимо заново научиться ходить и стоять. Таким образом, очень важно знать, что такое невесомость и как она влияет на благополучие людей, путешествующих в космосе. Как следствие, необходимо решить эту проблему путем создания программ по снижению риска неблагоприятного воздействия невесомости на организм.

Цель моей работы дать концепцию невесомости в интегрированной форме (т. е.рассмотреть ее с разных сторон), отметить актуальность этой концепции не только при изучении космического пространства, негативного воздействия на человека, но и также в рамках возможности использования изобретенных на Земле технологий для уменьшения этого воздействия; проведение некоторых технологических процессов, которые сложно или невозможно реализовать в земных условиях.

Движение с ускорением, направленным вниз или вверх, наблюдается не только в лифте или ракете, но и во время движения самолета, выполняющего фигуры высшего пилотажа, а также когда тело движется по выпуклому или вогнутому мосту. Рассмотренный 4-й случай соответствует движению по «мертвой петле». На своей верхней точке, ускорение (центростремительное) направлено вниз, то сила реакции опоры направлено вниз, а вес тела направлен вверх.

Читайте также:  Приложения про космос для андроид

Представьте себе ситуацию: астронавт оставил космический корабль в космосе и, используя индивидуальный ракетный двигатель, совершил прогулку по окрестностям. Вернувшись, он слегка переэкспонировал двигатель, приблизился к кораблю с чрезмерной скоростью и постучал по нему коленом. Будет ли ему больно?

Не будет: в невесомости космонавт легче пера, это ответ, который вы можете услышать.

Ответ неверный. Когда вы упали с забора на Земле, вы также находились в состоянии невесомости. Ибо, когда вы ударяете земную поверхность, вы ощущаете заметную перегрузку, чем больше, тем тяжелее место, на которое вы упали, и тем выше ваша скорость в момент контакта с землей.

Невесомость и вес не имеют ничего общего с воздействием. Здесь важны масса и скорость, а не вес.

Тем не менее, космонавт не будет столь болезненным при ударе космического корабля, как при ударе о землю (при прочих равных условиях: одинаковые массы, относительные скорости и одинаковая твердость препятствий). Масса корабля намного меньше массы Земли. Следовательно, при ударе по космическому кораблю заметная часть кинетической энергии космонавта будет преобразована в кинетическую энергию космического корабля, а доля деформаций останется меньшей. Космический корабль наберет дополнительную скорость, и болезненные ощущения космонавта не будут такими сильными.

Невесомость и измерение массы тел

Если тело вместе с опорой свободно падает, то а = g, то из формулы

P = m (g — a), следовательно, P = 0.

Исчезновение веса, когда опора движется с ускорением силы тяжести только под действием силы тяжести, называется невесомостью.

Есть два типа невесомости. Потеря веса, которая происходит на большом расстоянии от небесных тел из-за ослабления гравитации, называется статической невесомостью. А состояние, в котором человек находится во время полета на орбите, это динамическая невесомость.

Они появляются точно так же. Человеческие чувства одинаковы. Но причины разные.

В полете космонавты имеют дело только с динамической невесомостью.

Выражение «динамическая невесомость» означает: «невесомость, возникающая в результате движения».

Мы чувствуем притяжение Земли только тогда, когда сопротивляемся ей. Только когда мы «отказываемся» от падения. И как только мы «согласились» упасть, чувство тяжести мгновенно исчезает.

Представьте, что вы выгуливаете свою собаку, держите ее на ремне. Собака куда-то бросилась, натянула ремень. Вы только чувствуете натяжение ремня «натяжение» собаки только пока вы сопротивляетесь. И если вы побежите за собакой, ремень будет провисать и чувство притяжения исчезнет.

Это также происходит с притяжением Земли. Самолет летит. В кабине два парашютиста готовились к прыжку. Земля тянет их вниз. И они все еще сопротивляются. Мы ставим ноги на пол самолета. Почувствуйте притяжение Земли подошвы их ног прижаты к полу. Они чувствуют свой вес. «Ремень натянут».

Но затем они согласились следовать туда, куда их тянет Земля. Мы стояли на краю люка и спрыгнули вниз. «Ремень провисает». Ощущение земного притяжения исчезло сразу. Они стали невесомыми.

Вы можете представить продолжение этой истории. Одновременно с десантниками с самолета упал большой пустой ящик. И теперь два человека, которые не открыли свои парашюты и пустую коробку, летят бок о бок с одинаковой скоростью, падая в воздух.

Один мужчина протянул руку, схватил пролетевшую мимо коробку, открыл в ней дверь и проник внутрь.

Теперь из двух человек один летит за пределы коробки, а другой внутри коробки. У них будут совершенно разные ощущения. Тот, кто летит снаружи, видит и чувствует, что он быстро летит вниз. Ветер свистит в ушах. Приближающаяся Земля видна на расстоянии.

И тот, кто летел внутри коробки, закрыл дверь и начал, отталкиваясь от стен, «плавая» на коробке. Ему кажется, что ящик спокойно стоит на Земле, и он, похудев, плывет по воздуху, как рыба в аквариуме.

Строго говоря, нет никакой разницы между обоими парашютистами. Они оба летят, как камень, к Земле с одинаковой скоростью. Но один скажет: «Я летаю», а другой «Я плаваю на месте». Дело в том, что один руководствуется Землей, а другой коробкой, в которой он летит.

Именно так возникает состояние динамического невесомости в кабине космического корабля.

В первый момент может показаться непонятным следующее. Казалось бы, космический корабль летит параллельно Земле, как самолет. А в горизонтально летящем самолете нет невесомости. Но мы знаем, что космический корабль спутник постоянно падает. Это больше похоже на коробку, сброшенную с самолета, чем на самолет.

Динамическая невесомость иногда возникает на Земле. Невесомые, например, пловцы-ныряльщики, летят в воду с вышки. Лыжники невесомые на несколько секунд прыгают с трамплина. Невесомые парашютисты падают, как камень, пока не открывают свои парашюты. Для подготовки космонавтов невесомость создается в самолете в течение тридцати-сорока секунд. Для этого пилот делает «слайд». Он ускоряет самолет, круто взлетает вверх и выключает двигатель. Самолет начинает летать по инерции, как камень, брошенный рукой. Сначала он немного поднимается, затем описывает дугу, поворачивая вниз. Ныряет к Земле. Все это время самолет находится в свободном падении. И все это время в его каюте царит настоящая невесомость. Затем пилот снова включает двигатель и осторожно выводит самолет из пикирования на нормальный ровный полет. Когда мотор включен, невесомость сразу исчезает.

В состоянии невесомости силы тяжести действуют на все частицы тела в состоянии невесомости, но на поверхность тела не действуют внешние силы (например, реакции опоры), которые могли бы вызвать взаимное давление частиц на друг друга. Подобное явление наблюдается для тел, расположенных на искусственном спутнике Земли (или на космическом корабле); эти тела и все их частицы, получив соответствующую начальную скорость вместе со спутником, движутся под действием гравитационных сил по своим орбитам с равными ускорениями, как будто свободные, не оказывая взаимного давления друг на друга, то есть они находятся в состояние невесомости. Подобно телу в лифте, на них действует сила тяжести, но на поверхности тел не действуют внешние силы, которые могли бы вызвать взаимное давление тел или их частиц друг на друга.

Читайте также:  Секретный космос были ли предшественники у гагарина

В целом, тело под воздействием внешних сил будет находиться в состоянии невесомости, если: а) внешние силы действуют только массивно (гравитационные силы); б) поле этих массовых сил локально однородно, то есть силы поля придают всем частицам тела в каждом из его положений одинаковую величину и направление ускорения; в) начальные скорости всех частиц тела одинаковы по величине и направлению (тело движется вперед). Таким образом, любое тело, размеры которого малы по сравнению с радиусом Земли, совершая свободное поступательное движение в гравитационном поле Земли, в отсутствие других внешних сил будет находиться в состоянии невесомости. Результат будет аналогичным для движения в гравитационном поле любых других небесных тел.

В связи с существенным отличием условий невесомости от земных условий, в которых создаются и отлаживаются приборы и агрегаты искусственных спутников Земли, космических кораблей и их ракет-носителей, проблема невесомости занимает важное место среди других проблем космонавтики. Это наиболее важно для систем с емкостями, частично заполненными жидкостью. К ним относятся двигательные установки с жидкостными ракетными двигателями (жидкостные реактивные двигатели), предназначенные для многократной активации в условиях космического полета. В условиях невесомости жидкость может занимать произвольное положение в контейнере, нарушая тем самым нормальное функционирование системы (например, подачу компонентов из топливных баков). Поэтому для обеспечения запуска жидкостных двигательных установок в условиях невесомости используются: разделение жидкой и газообразной фаз в топливных баках с использованием упругих сепараторов; закрепление части жидкости на впускном устройстве сетчатой ​​системы (ракетная ступень Ajena); создание кратковременных перегрузок (искусственной «гравитации») перед включением главной двигательной установки с помощью вспомогательных ракетных двигателей и т. д. использование специальных методов также необходимо для разделения жидкой и газообразной фаз в невесомости в количество блоков системы жизнеобеспечения в топливных элементах системы электропитания (например, сбор конденсата системой пористых фитилей, отделение жидкой фазы с помощью центрифуги). Механизмы космического корабля (для открывания солнечных панелей, антенн, для стыковки и т. д.) дредназначены для работы в условиях невесомости.

Невесомость может быть использована для реализации некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях (например, получение композитных материалов с однородной структурой по всему объему, получение тел точной сферической формы из расплавленного материала за счет сил поверхностного натяжения , и т.д.). Впервые эксперимент по сварке различных материалов в условиях вакуума невесомости был проведен во время полета советского космического корабля «Союз-6» (1969 г.). Ряд технологических экспериментов (по сварке, исследованию течения и кристаллизации расплавленных материалов и т. д.) был проведен на американской орбитальной станции Skylab (1973 г.).

Ученые проводят различные эксперименты в космосе, ставят эксперименты, но они мало знают об окончательном результате этих действий. Но если какой-либо эксперимент дал определенный результат, то он все еще должен быть проверен в течение длительного времени, чтобы в конечном итоге объяснить и применить полученные знания на практике.

Ниже приведены описания некоторых экспериментов и интересных новостей о невесомости, которые еще предстоит сделать.

Мы привыкли к нашей собственной гравитации. Мы привыкли к тому, что все предметы вокруг нас имеют вес. Мы не можем представить больше ничего. Не только наша жизнь прошла в условиях веса. Вся история жизни на Земле протекала в одинаковых условиях. Гравитация никогда не исчезала за миллионы лет. Поэтому все организмы, живущие на нашей планете, уже давно приспособлены для поддержания собственного веса.

Уже в самые древние времена в теле животных образовывались кости, которые становились опорами для их тела. Без костей животные под действием силы тяжести будут «ползти» по земле, как мягкая медуза, вытащенная из воды на берег.

Все наши мышцы адаптировались за миллионы лет, чтобы двигать нашим телом, преодолевая гравитацию Земли.

И все внутри нашего организма адаптировано к условиям веса. Сердце обладает мощными мышцами, предназначенными для непрерывной перекачки нескольких килограммов крови. И если вниз, в ноги, он все еще легко течет, то вверх, в голову, он должен питаться силой. Все наши внутренние органы подвешены на крепких связках. Если бы их там не было, внутренности «скатились бы» вниз, скопившись в куче.

Благодаря постоянному весу мы разработали специальный орган вестибулярный аппарат, расположенный глубоко в голове, за ухом. Это позволяет нам чувствовать, с какой стороны Земля находится от нас, где «вверх», а где «вниз».

Вестибулярный аппарат представляет собой небольшую полость, заполненную жидкостью. Они содержат крошечные камни. Когда человек стоит прямо, галька лежит на дне полости. Если человек ложится, камни переворачиваются и падают на боковую стенку. Человеческий мозг это почувствует. И человек, даже с закрытыми глазами, сразу скажет, где дно.

Читайте также:  Космос это наше будущее

Итак, все в человеке приспособлено к условиям, в которых он живет на поверхности планеты Земля.

Условия жизни человека в невесомости

Особенность невесомости особенно важно учитывать при полете пилотируемых космических кораблей: условия жизни человека в состоянии невесомости резко отличаются от обычных земных, что вызывает изменение ряда его жизненных функций. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализирующих систем (вестибулярный аппарат, мышечно-суставной аппарат, кровеносные сосуды) в необычные условия функционирования. Поэтому невесомость рассматривается как специфический интегральный стимул, воздействующий на организм человека и животного в течение всего орбитального полета. Ответом на этот стимул являются адаптационные процессы в физиологических системах; Степень их проявления зависит от продолжительности невесомости и, в значительно меньшей степени, от индивидуальных особенностей организма.

Неблагоприятное влияние невесомости на организм человека в полете может быть предотвращено или ограничено с помощью различных средств и методов (тренировка мышц, электрическая стимуляция мышц, отрицательное давление, прикладываемое к нижней половине тела, фармакологические и другие средства). В полете, длившемся около 2 месяцев (второй экипаж на американской станции Skylab, 1973 г.), высокий профилактический эффект был достигнут в основном за счет физической подготовки космонавтов.

Высокоинтенсивная работа, которая вызывала увеличение частоты сердечных сокращений до 150-170 ударов в минуту, выполнялась на велоэргометре по 1 часу в день. Восстановление функции кровообращения и дыхания произошло через 5 дней после приземления. Метаболические изменения, статокинетические и вестибулярные нарушения были слабо выражены.

Эффективным инструментом, вероятно, будет создание искусственной «гравитации» на борту космического корабля, которую можно получить, например, сделав станцию ​​в виде большого вращающегося (то есть движущегося нетрансляционно) колеса и поместив рабочие помещения на своем «ободке». Из-за поворота «обода» тела в нем будут прижиматься к его поверхности, которая будет играть роль «пола», а реакция «пола», приложенная к поверхностям тел, создаст искусственная «тяжесть». Создание искусственной «гравитации» на космическом корабле может обеспечить предотвращение неблагоприятного воздействия невесомости на организм животных и человека.

Для решения ряда теоретических и практических задач космической медицины широко используются лабораторные методы моделирования невесомости, в том числе ограничение мышечной активности, лишение человека обычной опоры вдоль вертикальной оси тела, снижение гидростатического давления крови, которое достигается путем нахождения человека в горизонтальном положении или под углом (голова находится на нижней части ног), длительным непрерывным постельным режимом или погружением человека на несколько часов или дней в жидкую (так называемую иммерсионную) среду.

Условия невесомости ухудшают способность правильно оценивать размеры объектов и расстояние до них, что не позволяет астронавтам ориентироваться в окружающем пространстве и может привести к авариям во время космических полетов, согласно статье французских ученых, опубликованной в журнале Acta. Astronautica. К настоящему времени накоплено много доказательств того, что ошибки космонавтов при определении расстояний не случайны. Часто отдаленные объекты кажутся им ближе, чем они есть на самом деле. Ученые из Национального центра научных исследований Франции провели экспериментальную проверку способности оценивать расстояния при искусственно созданной невесомости при полете самолета на параболе. В этом случае невесомость длится очень короткий период, около 20 секунд. Используя специальные очки, волонтерам показали незаконченное изображение куба и попросили завершить правильную геометрическую форму. При нормальной гравитации субъекты рисовали все стороны одинаково, но в условиях невесомости они не могли правильно выполнить тест. По мнению ученых, этот эксперимент показывает, что именно невесомость, а не долговременная адаптация к ней, следует рассматривать как важный фактор, искажающий восприятие.

Заключение

Невесомость возникает, когда тело свободно падает вместе с опорой, т.е. ускорение тела и опоры равно ускорению силы тяжести.

Невесомость бывает двух типов: статическая и динамическая.

Невесомость может быть использована для реализации некоторых технологических процессов, которые сложно или невозможно реализовать в земных условиях.

Исследование пламени в невесомости необходимо для оценки огнестойкости космического корабля и при разработке специальных средств пожаротушения.

Детальное понимание процесса кипения жидкости в космосе чрезвычайно важно для успешной работы космического корабля с тоннами жидкого топлива на борту.

Влияние невесомости на организм отрицательное, так как вызывает изменение ряда его жизненно важных функций. Это можно исправить, создав искусственную гравитацию на космическом корабле, ограничив мышечную активность космонавтов и т. д.

Человек может быть прооперирован в космосе в условиях невесомости. Это доказали французские врачи во главе с профессором Домиником Мартином из Бордо.

Таким образом, можно найти много различной информации о невесомости, но я думаю, что в моей работе материал представлен довольно подробно, так как он рассматривается с двух разных точек зрения: физической и медицинской. Также в аннотации приводятся описания некоторых экспериментов, проведенных учеными в условиях невесомости. Это, на мой взгляд, дает четкое представление о невесомости, механизме ее возникновения, особенностях этого явления и воздействии на организм. Две точки зрения на феномен невесомости физическая и медицинская дополняют друг друга, поскольку медицина невозможна без физики!

Присылайте задания в любое время дня и ночи в whatsapp.

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназачен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Источник