1.1 უწონობის სიმულაცია

უწონაობა, მატერიალური სხეულის მდგომარეობა, რომელშიც მასზე მოქმედი გარეგანი ძალები ან მისი მოძრაობა არ იწვევს ნაწილაკების ურთიერთზეწოლას ერთმანეთზე. თუ სხეული ისვენებს დედამიწის გრავიტაციულ ველში ჰორიზონტალურ სიბრტყეზე, მაშინ მასზე მოქმედებს მიზიდულობის ძალა და საპირისპირო მიმართულებით მიმართული სიბრტყის რეაქცია, რის შედეგადაც სხეულის ნაწილაკების ურთიერთზეწოლა ხდება. წარმოიქმნება ერთმანეთი. ადამიანის ორგანიზმი აღიქვამს ასეთ ზეწოლას, როგორც წონის შეგრძნებას. ანალოგიური შედეგი აქვს ლიფტში მყოფ სხეულს, რომელიც მოძრაობს ვერტიკალურად ქვემოთ 1 გ აჩქარებით, სადაც g არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება. მაგრამ როდესაც a = g, სხეული (მისი ყველა ნაწილაკი) და ლიფტი თავისუფალ ვარდნაში არიან და არ ახდენენ ურთიერთზეწოლას ერთმანეთზე; შედეგად აქ ხდება უწონობის ფენომენი. ამ შემთხვევაში, უწონად მდგომარეობაში მყოფი სხეულის ყველა ნაწილაკი განიცდის გრავიტაციას, მაგრამ არ არსებობს გარე ძალები, რომლებიც გამოიყენება სხეულის ზედაპირზე (მაგალითად, დამხმარე რეაქციები), რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ნაწილაკების ურთიერთ ზეწოლა ერთმანეთზე. მსგავსი მოვლენა შეინიშნება დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრში (ან კოსმოსურ ხომალდში) მოთავსებულ სხეულებზე; ეს სხეულები და მათი ყველა ნაწილაკი, თანამგზავრთან ერთად, მიიღეს შესაბამისი საწყისი სიჩქარე, მოძრაობენ გრავიტაციული ძალების გავლენის ქვეშ თავიანთ ორბიტებზე თანაბარი აჩქარებით, როგორც თავისუფალი, ერთმანეთზე ურთიერთზეწოლის გარეშე, ე.ი. უწონადობის მდგომარეობა. როგორც ლიფტში მყოფი სხეული, მათზე გავლენას ახდენს მიზიდულობის ძალა, მაგრამ არ არსებობს გარე ძალები, რომლებიც გამოიყენება სხეულების ზედაპირებზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სხეულების ან მათი ნაწილაკების ურთიერთ ზეწოლა ერთმანეთზე.

ზოგადად, გარე ძალების მოქმედების ქვეშ მყოფი სხეული იქნება უწონად მდგომარეობაში, თუ: ა) მოქმედი გარე ძალები მხოლოდ მასაა (გრავიტაციული ძალები); ბ) სხეულის ამ ძალების ველი ლოკალურად ერთგვაროვანია, ანუ ველის ძალები ანიჭებენ სხეულის ყველა ნაწილაკს მის თითოეულ პოზიციაზე იგივე აჩქარებას სიდიდისა და მიმართულებით; გ) სხეულის ყველა ნაწილაკების საწყისი სიჩქარე ერთნაირია მოდულისა და მიმართულებით (სხეული წინ მიიწევს). ამრიგად, ნებისმიერი სხეული, რომლის ზომები დედამიწის რადიუსთან შედარებით მცირეა, რომელიც თავისუფალ მთარგმნელობით მოძრაობას ახორციელებს დედამიწის გრავიტაციულ ველში, სხვა გარე ძალების არარსებობის შემთხვევაში, იქნება უწონად მდგომარეობაში. შედეგი მსგავსი იქნება ნებისმიერი სხვა ციური სხეულების გრავიტაციულ ველში მოძრაობისთვის. უწონობისა და ხმელეთის პირობებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავების გამო, რომლებშიც იქმნება და რეგულირდება ხელოვნური დედამიწის თანამგზავრების, კოსმოსური ხომალდების და მათი გამშვები მანქანების მოწყობილობები და შეკრებები, უწონობის პრობლემა ასტრონავტიკის სხვა პრობლემებს შორის მნიშვნელოვან ადგილს იკავებს. უწონადობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზოგიერთი ტექნოლოგიური პროცესის განსახორციელებლად, რომელთა განხორციელება რთული ან შეუძლებელია ხმელეთის პირობებში (მაგალითად, მთლიანი მოცულობის ერთგვაროვანი სტრუქტურის მქონე კომპოზიტური მასალების მიღება, დნობის მასალისგან ზუსტი სფერული ფორმის სხეულების მიღება ზედაპირული დაძაბულობის ძალების გამო. და ა.შ.). პირველი ექსპერიმენტი სხვადასხვა მასალის შედუღებაზე N. და ვაკუუმის პირობებში ჩატარდა საბჭოთა კოსმოსური ხომალდის Soyuz-6-ის ფრენისას (1969 წ.). არაერთი ტექნოლოგიური ექსპერიმენტი (შედუღებაზე, გამდნარი მასალების დინებისა და კრისტალიზაციის შესწავლაზე და სხვ.) ჩატარდა ამერიკის კოსმოსურ სადგურზე Skylab (1973 წ.).

განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია უწონადობის პირობების თავისებურების გათვალისწინება პილოტირებული კოსმოსური ხომალდის ფრენისას: ადამიანის ცხოვრების პირობები უწონად მდგომარეობაში მკვეთრად განსხვავდება ჩვეულებრივი ხმელეთისგან, რაც იწვევს მის რიგ სასიცოცხლო მნიშვნელობის ცვლილებას. ფუნქციები. ამრიგად, უწონაობა ფუნქციონირების უჩვეულო პირობებში აყენებს ცენტრალურ ნერვულ სისტემას და მრავალი ანალიზატორის სისტემის რეცეპტორებს (ვესტიბულური აპარატი, კუნთოვან-სახსროვანი აპარატი, სისხლძარღვები). ამიტომ უწონაობა განიხილება, როგორც სპეციფიკური განუყოფელი სტიმული, რომელიც გავლენას ახდენს ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმზე მთელი ორბიტალური ფრენის დროს. პასუხი ამ სტიმულზე არის ადაპტური პროცესები ფიზიოლოგიურ სისტემებში; მათი მანიფესტაციის ხარისხი დამოკიდებულია უწონადობის ხანგრძლივობაზე და გაცილებით ნაკლებად, ორგანიზმის ინდივიდუალურ მახასიათებლებზე.

უწონობის დაწყებისთანავე ზოგიერთ ასტრონავტს უვითარდება ვესტიბულური დარღვევები. დიდი ხნის განმავლობაში თავის არეში სიმძიმის შეგრძნება გრძელდება (მასში სისხლის ნაკადის გაზრდის გამო). ამავდროულად, უწონადობასთან ადაპტაცია ხდება, როგორც წესი, სერიოზული გართულებების გარეშე: უწონადობისას ადამიანი ინარჩუნებს შრომისუნარიანობას და წარმატებით ასრულებს სხვადასხვა სამუშაო ოპერაციებს, მათ შორის, რაც მოითხოვს კარგ კოორდინაციას ან ენერგიის დიდ ხარჯვას. საავტომობილო აქტივობა უწონის მდგომარეობაში გაცილებით ნაკლებ ენერგიას მოითხოვს, ვიდრე მსგავსი მოძრაობები უწონადობაში. თუ ფრენისას არ გამოიყენებოდა პროფილაქტიკური ზომები, მაშინ დაშვების შემდეგ პირველ საათებში და დღეებში (მიწიერი პირობებისადმი ხელახალი ადაპტაციის პერიოდი), ადამიანი, რომელმაც გრძელი კოსმოსური ფრენა განახორციელა, განიცდის შემდეგ ცვლილებებს. 1) სტატიკური და დინამიური ვერტიკალური პოზის შენარჩუნების უნარის დარღვევა; სხეულის ნაწილების სიმძიმის შეგრძნება (მიმდებარე საგნები აღიქმება უჩვეულოდ მძიმედ; კუნთების ძალისხმევის დოზირებაში ვარჯიშის ნაკლებობაა). 2) ჰემოდინამიკის დარღვევა საშუალო და მაღალი ინტენსივობის მუშაობისას; ჰორიზონტალური მდგომარეობიდან ვერტიკალურზე გადასვლის შემდეგ შესაძლებელია წინასწარ გაბრუებული და გაბრუებული მდგომარეობა (ორთოსტატიკური ტესტები). 3) მეტაბოლური პროცესების დარღვევა, განსაკუთრებით წყალ-მარილის ცვლა, რასაც თან ახლავს ქსოვილების შედარებითი გაუწყლოება, მოცირკულირე სისხლის მოცულობის დაქვეითება, ქსოვილებში რიგი ელემენტების, კერძოდ კალიუმის და კალციუმის შემცველობის დაქვეითება. 4) ფიზიკური დატვირთვის დროს ორგანიზმის ჟანგბადის რეჟიმის დარღვევა. 5) იმუნობიოლოგიური რეზისტენტობის დაქვეითება. 6) ვესტიბულურ-ვეგეტატიური დარღვევები. უწონით გამოწვეული ყველა ეს ძვრები შექცევადია. ნორმალური ფუნქციების დაჩქარებული აღდგენა შეიძლება მიღწეული იყოს ფიზიოთერაპიისა და სავარჯიშო თერაპიის დახმარებით, ასევე თვითმფრინავში წინასწარი ვარჯიშით უწონობის სიმულაციისთვის, უწონად აუზებში და უწონადობის სიმულაცია ჰაერში ტრიალის დროს.

უნივერსალური მიზიდულობის კანონის თანახმად, ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს და მიზიდულობის ძალა პირდაპირპროპორციულია სხეულების მასებთან და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატთან. ანუ გამოთქმას „სიმძიმის ნაკლებობა“ საერთოდ არ აქვს აზრი. დედამიწის ზედაპირიდან რამდენიმე ასეული კილომეტრის სიმაღლეზე - სადაც დაფრინავენ პილოტირებული ხომალდები და კოსმოსური სადგურები - დედამიწის გრავიტაცია ძალზე ძლიერია და პრაქტიკულად არ განსხვავდება ზედაპირთან ახლოს არსებული გრავიტაციული ძალისგან.

თუ ტექნიკურად შესაძლებელი იქნებოდა ობიექტის ჩამოგდება 300 კილომეტრის სიმაღლის კოშკიდან, ის დაიწყებდა ვარდნას ვერტიკალურად და თავისუფალი დაცემის აჩქარებით, ისევე როგორც დაეცემა ცათამბჯენის სიმაღლიდან ან ადამიანის სიმაღლიდან. ამრიგად, ორბიტალური ფრენების დროს, მიზიდულობის ძალა არ არის და არ სუსტდება მნიშვნელოვანი მასშტაბით, არამედ კომპენსირებულია. ისევე, როგორც წყლის ხომალდებსა და ბუშტებში, დედამიწის მიზიდულობის ძალა კომპენსირდება არქიმედეს ძალით, ხოლო ფრთიანი თვითმფრინავებისთვის - ფრთის ამწევი ძალით.

დიახ, მაგრამ თვითმფრინავი დაფრინავს და არ ეცემა, ხოლო სალონში მყოფი მგზავრი არ დაფრინავს როგორც ასტრონავტები ISS-ზე. ნორმალური ფრენის დროს მგზავრი შესანიშნავად გრძნობს თავის წონას და მიწაზე დაცემისგან კი არა ამწევი ძალა, არამედ საყრდენის რეაქცია. მხოლოდ გადაუდებელი ან ხელოვნურად გამოწვეული მკვეთრი ვარდნის დროს ადამიანი მოულოდნელად გრძნობს, რომ წყვეტს საყრდენზე ზეწოლას. უწონადობა ჩნდება. რატომ? და რადგან თუ სიმაღლის დაკარგვა ხდება თავისუფალი ვარდნის აჩქარებასთან მიახლოებული აჩქარებით, მაშინ საყრდენი აღარ უშლის ხელს მგზავრს დაცემას - ის თვითონ ეცემა.

spaceref.comგასაგებია, რომ როცა თვითმფრინავი მკვეთრ დაშვებას შეაჩერებს, ან, სამწუხაროდ, მიწაზე დაეცემა, მაშინ გაირკვევა, რომ გრავიტაცია არსად წასულა. რადგან ხმელეთზე და მიწიერ პირობებში უწონობის ეფექტი შესაძლებელია მხოლოდ დაცემის დროს. სინამდვილეში, გრძელი ვარდნა ორბიტალური ფრენაა. პირველი კოსმოსური სიჩქარით ორბიტაზე მოძრავი კოსმოსური ხომალდი ინერციის ძალით ხელს უშლის დედამიწაზე დაცემას. გრავიტაციისა და ინერციის ურთიერთქმედებას „ცენტრიფუგა ძალას“ უწოდებენ, თუმცა სინამდვილეში ასეთი ძალა არ არსებობს, ის გარკვეულწილად ფიქციაა. მოწყობილობა მოძრაობს სწორი ხაზით (დედამიწასთან ახლოს ორბიტაზე ტანგენტს), მაგრამ დედამიწის გრავიტაცია მუდმივად „ახვევს“ მოძრაობის ტრაექტორიას. აქ თავისუფალი ვარდნის აჩქარების ეკვივალენტია ეგრეთ წოდებული ცენტრიდანული აჩქარება, რის შედეგადაც იცვლება არა სიჩქარის მნიშვნელობა, არამედ მისი ვექტორი. ასე რომ, გემის სიჩქარე უცვლელი რჩება და მოძრაობის მიმართულება მუდმივად იცვლება. ვინაიდან გემიც და ასტრონავტიც ერთი და იგივე სიჩქარით და ცენტრიდანული აჩქარებით მოძრაობენ, კოსმოსური ხომალდი ვერ იმოქმედებს როგორც საყრდენი, რომელზედაც აიწევს ადამიანის წონა. წონა არის სხეულის ძალა, რომელიც მოქმედებს საყრდენზე, რომელიც ხელს უშლის დაცემას, რომელიც წარმოიქმნება სიმძიმის ველში და ხომალდი, როგორც მკვეთრად დაღმავალი თვითმფრინავი, არ ერევა დაცემაში.

ამიტომ აბსოლუტურად არასწორია საუბარი ხმელეთის გრავიტაციის არარსებობაზე ან ორბიტაზე „მიკროგრავიტაციის“ არსებობაზე (როგორც ეს ჩვეულია ინგლისურენოვან წყაროებში). პირიქით, დედამიწის მიზიდულობა ბორტზე წარმოქმნილი უწონობის ფენომენის ერთ-ერთი მთავარი ფაქტორია.

ნამდვილ მიკროგრავიტაციაზე საუბარი შეიძლება მხოლოდ პლანეტათაშორის და ვარსკვლავთშორის სივრცეში ფრენებთან დაკავშირებით. დიდი ციური სხეულისგან შორს, შორეული ვარსკვლავებისა და პლანეტების მიზიდულობის ძალების მოქმედება იმდენად სუსტი იქნება, რომ მოხდება უწონობის ეფექტი. იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა გავუმკლავდეთ ამას, ჩვენ არაერთხელ წავიკითხეთ სამეცნიერო ფანტასტიკურ რომანებში. კოსმოსური სადგურები ტორუსის (საჭის) სახით ბრუნავს ცენტრალური ღერძის გარშემო და ცენტრიდანული ძალის გამოყენებით შექმნის გრავიტაციის იმიტაციას. მართალია, სიმძიმის ეკვივალენტის შესაქმნელად, ტორს მოგიწევთ 200 მ-ზე მეტი დიამეტრის მიცემა, ხელოვნურ სიმძიმესთან დაკავშირებული სხვა პრობლემებიც არის. ასე რომ, ეს ყველაფერი შორეული მომავლის საკითხია.

სხეულის (ნივთიერების) წონა ფარდობითი ცნებაა. წონაზე საუბარი აუცილებელია მიუთითეთ რაზე მოქმედებს ეს წონა. გასათვალისწინებელია ისიც, რომ სხეულის (ნივთიერების) წონა წარმოიქმნება არა იმიტომ, რომ დედამიწა იზიდავს ამ სხეულს, არამედ იმიტომ, რომ დედამიწის გარშემო არის ჰაერის გარსი (ატმოსფერო). ჰაერის ატომებისა და ჰაერით გარშემორტყმული სხეულის ატომების ურთიერთქმედება იწვევს წონის ძალის წარმოქმნას (გრავიტაციული ძალა).

წონის ძალა წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ჰაერის ატომების წნევა სხეულზე ზემოდან უფრო მეტია, ვიდრე ქვემოდან (ჰაერის წნევა იგივეა გვერდებზე).

აქვე ძალიან მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ წონის ძალა დამოკიდებულია არა ჰაერის წნევის აბსოლუტურ მნიშვნელობაზე, არამედ სხეულის ზემოთ და ქვემოთ წნევის სხვაობაზე.

ამრიგად, სხეულის წონა არ შეიცვლება, თუ წნევა ზემოდან და ქვემოდან გაიზრდება, მაგალითად, 10 ატმოსფეროთი, რადგან განსხვავება იგივე დარჩება.

იმ შემთხვევაში, როდესაც ზემოდან და ქვემოდან წნევის სხვაობა ნულის ტოლია, სხეულს არ აქვს წონა მის გარშემო მყოფ ჰაერთან შედარებით. ანუ სხეული უწონად მდგომარეობაშია გარემომცველ ჰაერთან შედარებით.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, უწონობის მდგომარეობაში (მაგალითად, რკინის ბურთი), ჰაერის ატომების წნევა ბურთის ატომებზე (მის ზედაპირულ ფენაში მდებარეობს) ყველა მიმართულებით ერთნაირია (მაგალითად, წნევა 3. ატმოსფერო მოქმედებს ბურთის ზედაპირის თითოეულ სანტიმეტრზე).

ეს მდგომარეობა ხდება მაშინ, როდესაც ბურთი თავისუფალ ვარდნაშია დედამიწის ზედაპირისკენ. ამ შემთხვევაში, ბურთის ქვედა ნაწილზე წნევა იზრდება შუბლის ჰაერის წინააღმდეგობის გამო და ბურთის ზედა ნაწილში იქმნება ვაკუუმი.

ბურთზე ჰაერის წნევის ცვლილება, რომელიც გამოწვეულია მისი მოძრაობით, იწვევს იმ ფაქტს, რომ ბურთზე ჰაერის წნევა ზემოდან და ქვემოდან გათანაბრდება. ამ შემთხვევაში წნევის სხვაობა ნულის ტოლი ხდება. შესაბამისად, სხეულის წონაც ნული იქნება. სხეული ანელებს დედამიწისკენ მოძრაობის სიჩქარეს. ამავდროულად, ასევე მცირდება შუბლის წინაღობით გამოწვეული წნევის ძალა და ბურთის თავზე გამონადენის ძალა. ისევ ჩნდება წონის ძალა და პროცესი მეორდება.

რა თქმა უნდა, ამ პროცესს არ ახლავს ისეთი ნახტომები, როგორც აღვწერე, შეუფერხებლად მიმდინარეობს. ხოლო ბურთის თავისუფალი ვარდნის პროცესში ჰაერის წნევის ძალები მისი ზედაპირის ნებისმიერ უბანზე იგივე რჩება.

აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თავისუფლად ჩამოვარდნილი სხეულის წონა მის გარშემო არსებულ ჰაერთან შედარებით ნულის ტოლია. თავისუფალ ვარდნაში მყოფი ბურთი დედამიწის მიმდებარე ჰაერის ატმოსფეროს მიმართ უწონად მდგომარეობაშია, ხოლო დედამიწასთან შედარებით, ბურთს აქვს წონა.

ახლა დავუშვათ, რომ ჰაერში ჩავარდნილი ჩვენი რკინის ბურთი ღრუა და მისი შიდა მოცულობა სავსეა ჰაერით.

ეს არის ზუსტად იგივე ლიფტის სხეული ან კოსმოსური ხომალდის სხეული.

ჩვენ უკვე გავარკვიეთ, რომ სხეული ნულოვანი გრავიტაციაში იქნება.

ჩნდება კითხვა, იქნება თუ არა უწონობაში მყოფი სხეული (მაგალითად, ასტრონავტი), რომელიც მდებარეობს ღრუ ბურთის შიგნით?

თურმე უწონობაში არ იქნება. მიუხედავად იმისა, რომ მისი წონის ძალა იმდენად მცირე იქნება, რომ დედამიწის ზედაპირზე ამ სხეულის წონასთან შედარებით, მისი უგულებელყოფა შეიძლება.

უწონობის დროს სხეული გემის სფერული სალონში იქნება იმ შემთხვევაში, თუ მას აქვს ბურთის ფორმა და მდებარეობს გემის სალონის ზუსტად გეომეტრიულ ცენტრში. ყველა სხვა პუნქტში მას ექნება მცირე წონა.

ეს პატარა წონა გადააადგილებს ჩვენს ბუშტს უფრო დიდი ბუშტის შიდა ზედაპირისკენ.

დიდი ბურთის ღრუში ჰაერის წნევა გადანაწილდება მის მოცულობაში ისე, რომ რაც უფრო მივუახლოვდებით ბურთის ცენტრს, მით მეტი იქნება წნევა. ის მაქსიმალური იქნება ბურთის გეომეტრიულ ცენტრში. ამიტომ, პატარა ბურთი, რომლის გეომეტრიული ცენტრი დაემთხვევა დიდი ბურთის გეომეტრიულ ცენტრს, განიცდის ერთგვაროვან წნევას მის ზედაპირზე.

თუ იგი გადაადგილებულია ცენტრის მიმართ რომელიმე მიმართულებით, მაშინ მის ზედაპირზე იმოქმედებს სხვადასხვა წნევის ძალები. ეს გამოიწვევს წონის მატებას.

განსხვავება ამ წნევას შორის მცირე იქნება, რადგან დიდი და პატარა ბურთების ზომების თანაფარდობა მცირეა.

აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ თუ ბურთი ივსება არა ჰაერით, არამედ წყლით და ჰაერის ბუშტი გამოიყენება განსახილველ სხეულად, მაშინ ის ყოველთვის მიდრეკილია დაიკავოს პოზიცია დიდი ბურთის გეომეტრიულ ცენტრში. ეს იმიტომ ხდება, რომ ჰაერის ხვედრითი წონა წყლისაზე ნაკლებია. ამაზე მეტს აქ აღარ ვისაუბრებ.

სანამ უწონადობის ცნების განმარტებას მივცემდე, კიდევ ერთ მაგალითზე შევჩერდები.

დავუშვათ, რომ რკინის ბურთი დევს დედამიწის ჰორიზონტალურ პლატფორმაზე.

სხეულის წონა არის ძალა, რომლითაც სხეული, დედამიწის მიერ მიზიდულობის გამო, აჭერს ფიქსირებულ (დედამიწასთან შედარებით) ჰორიზონტალურ სადგამზე ან ათრევს საკიდი ძაფს. სხეულის წონა უდრის მიზიდულობის ძალას.

ვინაიდან საყრდენი ან შეჩერება, თავის მხრივ, მოქმედებს სხეულზე, სიმძიმის დამახასიათებელი ნიშანია სხეულში დეფორმაციების არსებობა, რომელიც გამოწვეულია საყრდენთან ან შეჩერებასთან ურთიერთქმედებით.

სხეულების თავისუფალ ვარდნისას მათში დეფორმაციები არ არის, ამ შემთხვევაში სხეულები შედიან უწონადობა. ფიგურა გვიჩვენებს კონფიგურაციას, რომლითაც შესაძლებელია ამის გამოვლენა. ინსტალაცია შედგება ზამბარის სასწორებისგან, რომლებზეც დატვირთვა შეჩერებულია. მთელ ინსტალაციას შეუძლია მაღლა და ქვევით გადაადგილება გიდების გასწვრივ.

თუ დატვირთვით სასწორი თავისუფლად ეცემა, მაშინ სასწორის მაჩვენებელი ნულზეა, რაც ნიშნავს, რომ საბალანსო ზამბარა არ არის დეფორმირებული.

მოდით გავაანალიზოთ ეს ფენომენი მოძრაობის კანონების გამოყენებით. დავუშვათ, რომ ზამბარზე შეჩერებული წონა ქვევით მოძრაობს a აჩქარებით. ნიუტონის მეორე კანონის საფუძველზე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მასზე მოქმედებს ძალა, რომელიც უდრის P და F ძალებს შორის სხვაობას, სადაც P არის მიზიდულობის ძალა, ხოლო F არის ზამბარების ელასტიური ძალა დატვირთვაზე. . Ისე,

ma = P - Fან ma = მგ - F

F = m (g - a)

ტვირთის თავისუფალი დაცემით, \u003d გ და, შესაბამისად,

F - m (g - a) \u003d 0

ეს მიუთითებს ელასტიური დეფორმაციების არარსებობაზე გაზაფხულზე (და დატვირთვაში).

უწონობის მდგომარეობა ხდება არა მხოლოდ თავისუფალ დაცემაში, არამედ სხეულის ნებისმიერ თავისუფალ ფრენაში, როდესაც მასზე მოქმედებს მხოლოდ ერთი მიზიდულობის ძალა. ამ შემთხვევაში, სხეულის ნაწილაკები არ მოქმედებენ საყრდენზე ან შეჩერებაზე და არ იღებენ აჩქარებას ამ საყრდენთან ან შეჩერებასთან მიმართებაში დედამიწის მიმართ გრავიტაციის გავლენის ქვეშ.

თუ ნახატზე ნაჩვენები ინსტალაცია კეთდება ისე, რომ თავისუფლად მოძრაობდეს ზემოთ თოკით მკვეთრი ძგერით, მაშინ ასეთი მოძრაობის დროს მასშტაბის მაჩვენებელი ნულზე იქნება. და ამ შემთხვევაში, სასწორი და დატვირთვა, რომლებიც მაღლა მოძრაობენ ერთი და იგივე აჩქარებით, არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან.

ასე რომ, თუ სხეულებზე მოქმედებს მხოლოდ ერთი სიმძიმის ძალა, მაშინ ისინი იმყოფებიან უწონად მდგომარეობაში, რომლის დამახასიათებელი თვისებაა მათში დეფორმაციებისა და შინაგანი სტრესების არარსებობა.

უწონადობის მდგომარეობა არ უნდა აგვერიოს სხეულის მდგომარეობასთან დაბალანსებული ძალების მოქმედებით. ასე რომ, თუ სხეული იმყოფება სითხეში, რომლის წონა სხეულის მოცულობაში უდრის სხეულის წონას, მაშინ მიზიდულობის ძალა დაბალანსებულია გამაძლიერებელი ძალით, მაგრამ სხეული ზეწოლას მოახდენს სითხეზე. (როგორც საყრდენზე), რის შედეგადაც მასში გრავიტაციით გამოწვეული სტრესები არ გაქრება, მაგრამ ეს ნიშნავს, რომ ის არ იქნება უწონად მდგომარეობაში.

ახლა განვიხილოთ სხეულების უწონობა დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებზე. დედამიწის ირგვლივ ორბიტაზე თანამგზავრის თავისუფალი ფრენისას, თვით თანამგზავრი და მასზე მდებარე ყველა სხეული, დედამიწის მასის ცენტრთან ან „ფიქსირებულ“ ვარსკვლავებთან ასოცირებულ საცნობარო ჩარჩოში, მოძრაობს იგივე აჩქარებით. ყოველ მოცემულ დროს. ამ აჩქარების სიდიდე განისაზღვრება მათზე დედამიწისკენ მოქმედი გრავიტაციული ძალებით (სხვა კოსმოსური სხეულების მიმართ მიზიდულობის ძალები შეიძლება იგნორირებული იყოს, ისინი ძალიან მცირეა). როგორც ვნახეთ, ეს აჩქარება არ არის დამოკიდებული სხეულის მასაზე. ამ პირობებში არ იქნება ურთიერთქმედება თანამგზავრსა და მასზე მდებარე ყველა სხეულს შორის (ისევე, როგორც მათ ნაწილაკებს შორის), დედამიწის მიმართ გრავიტაციის გამო. ეს ნიშნავს, რომ თანამგზავრის თავისუფალი ფრენის დროს მასში არსებული ყველა სხეული უწონად მდგომარეობაში იქნება.

სხეულები, რომლებიც არ არის დამაგრებული კოსმოსურ ხომალდში, თავად ასტრონავტი თავისუფლად ცურავს თანამგზავრის შიგნით; ჭურჭელში ჩასხმული სითხე არ იჭერს ჭურჭლის ფსკერს და კედლებს, ამიტომ ჭურჭლის ნახვრეტით არ გადმოედინება; plumb bob (და გულსაკიდი) ისვენებს ნებისმიერ პოზიციაზე, სადაც ისინი გაჩერებულია.

ასტრონავტს არ სჭირდება ძალისხმევა, რათა ხელი ან ფეხი დახრილ მდგომარეობაში შეინარჩუნოს. ის კარგავს წარმოდგენას, სად "ზემოთ" და სად "ქვემოთ".

თუ რომელიმე სხეულს ვეტყვით სიჩქარეს თანამგზავრის სალონთან მიმართებაში, მაშინ ის მართკუთხედად და ერთნაირად მოძრაობს მანამ, სანამ სხვა სხეულებს არ შეეჯახება.

ცოცხალი ორგანიზმების და უპირველეს ყოვლისა ადამიანის სასიცოცხლო აქტივობაზე უწონადობის მდგომარეობის მოქმედების შესაძლო საშიში შედეგების აღმოსაფხვრელად, მეცნიერები ავითარებენ სხვადასხვა მეთოდებს ხელოვნური „გრავიტაციის“ შესაქმნელად, მაგალითად, მომავალი პლანეტათაშორისი სადგურების მიცემით. ბრუნვის მოძრაობა სიმძიმის ცენტრის გარშემო. კედლების ელასტიური ძალა შექმნის აუცილებელ ცენტრიდანულ აჩქარებას და მათთან კონტაქტში მყოფ სხეულებში გამოიწვევს დეფორმაციებს, როგორიც მათ ჰქონდათ დედამიწის პირობებში.

უწონიანობა,მატერიალური სხეულის მდგომარეობა, რომელშიც მასზე მოქმედი გარე ძალები ან მისი მოძრაობა არ იწვევს ნაწილაკების ურთიერთ ზეწოლას ერთმანეთზე. თუ სხეული ისვენებს დედამიწის გრავიტაციულ ველში ჰორიზონტალურ სიბრტყეზე, მაშინ მასზე მოქმედებს მიზიდულობის ძალა და საპირისპირო მიმართულებით მიმართული სიბრტყის რეაქცია, რის შედეგადაც სხეულის ნაწილაკების ურთიერთზეწოლა ხდება. წარმოიქმნება ერთმანეთი. ადამიანის ორგანიზმი აღიქვამს ასეთ ზეწოლას, როგორც წონის შეგრძნებას. მსგავსი შედეგი მიიღება ლიფტში მყოფ სხეულზე, რომელიც მოძრაობს ვერტიკალურად ქვემოთ ¹ აჩქარებით. გ,სადაც გ-გრავიტაციის აჩქარება. მაგრამ ზე ა =გსხეული (მისი ყველა ნაწილაკი) და ლიფტი თავისუფალ ვარდნაშია და არ ახდენენ ურთიერთზეწოლას ერთმანეთზე; შედეგად აქ ხდება N.-ს ფენომენი. ამავდროულად, გრავიტაციული ძალები მოქმედებენ სხეულის ყველა ნაწილაკზე N.-ის მდგომარეობაში, მაგრამ არ არსებობს გარეგანი ძალები, რომლებიც მიმართულია სხეულის ზედაპირზე (მაგ. , დამხმარე რეაქციები) რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ნაწილაკების ურთიერთზეწოლა ერთმანეთზე.მეგობარი. მსგავსი მოვლენა შეინიშნება დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრზე (ან კოსმოსურ ხომალდში) მოთავსებულ სხეულებზე; ეს სხეულები და მათი ყველა ნაწილაკი, თანამგზავრთან ერთად, რომ მიიღეს შესაბამისი საწყისი სიჩქარე, მოძრაობენ გრავიტაციული ძალების მოქმედებით თავიანთ ორბიტაზე თანაბარი აჩქარებით, როგორც თავისუფალი, ერთმანეთზე ურთიერთ ზეწოლის გარეშე, ე.ი. მდგომარეობა H. ისევე როგორც სხეულზე არის ლიფტში, მათზე გავლენას ახდენს გრავიტაციის ძალა, მაგრამ არ არსებობს გარე ძალები, რომლებიც გამოიყენება სხეულების ზედაპირებზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სხეულების ან მათი ნაწილაკების ურთიერთ ზეწოლა თითოეულზე. სხვა.

ზოგადად გარე ძალების მოქმედების ქვეშ მყოფი სხეული N-ის მდგომარეობაში იქნება, თუ: ა) მოქმედი გარე ძალები მხოლოდ მასაა (გრავიტაციული ძალები); ბ) სხეულის ამ ძალების ველი ლოკალურად ერთგვაროვანია, ანუ ველის ძალები ანიჭებენ სხეულის ყველა ნაწილაკს მის თითოეულ პოზიციაზე იგივე აჩქარებას სიდიდისა და მიმართულებით; გ) სხეულის ყველა ნაწილაკების საწყისი სიჩქარე ერთნაირია მოდულისა და მიმართულებით (სხეული წინ მიიწევს). ამრიგად, ნებისმიერი სხეული, რომლის ზომები მცირეა დედამიწის რადიუსთან შედარებით, რომელიც ასრულებს თავისუფალ გადამყვან მოძრაობას დედამიწის გრავიტაციულ ველში, სხვა გარე ძალების არარსებობის შემთხვევაში, იქნება H მდგომარეობაში. შედეგი იქნება მსგავსი მოძრაობისას ნებისმიერი სხვა ციური გრავიტაციული ველი ტელ.

N.-ის პირობებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავების გამო ხმელეთის პირობებიდან, რომლებშიც იქმნება და გამართულია დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრების, კოსმოსური ხომალდების და მათი გამშვები მანქანების მოწყობილობები და ერთეულები, N. პრობლემა ასტრონავტიკის სხვა პრობლემებს შორის მნიშვნელოვან ადგილს იკავებს. ეს ყველაზე მნიშვნელოვანია სისტემებისთვის, რომლებსაც აქვთ ავზები ნაწილობრივ სავსე სითხით. მათ შორისაა მამოძრავებელი სისტემები თხევადი სარაკეტო ძრავებით, რომლებიც შექმნილია კოსმოსური ფრენის პირობებში განმეორებით ჩართვისთვის. N. პირობებში სითხეს შეუძლია დაიკავოს თვითნებური პოზიცია კონტეინერში, რითაც დაარღვიოს სისტემის ნორმალური ფუნქციონირება (მაგალითად, კომპონენტების მიწოდება საწვავის ავზებიდან). ამიტომ თხევადი მამოძრავებელი სისტემების N. პირობებში გაშვების უზრუნველსაყოფად გამოიყენება: საწვავის ავზებში თხევადი და აირისებრი ფაზების გამოყოფა ელასტიური გამყოფების დახმარებით (მაგალითად, Mariner AMS-ზე); სითხის ნაწილის დამაგრება მიმღებ მოწყობილობაზე ბადის სისტემით (აგენას სარაკეტო ეტაპი); დამხმარე სარაკეტო ძრავების დახმარებით ძირითადი მამოძრავებელი სისტემის ჩართვამდე ხანმოკლე გადატვირთვების შექმნა (ხელოვნური „გრავიტაცია“) და ა.შ. სპეციალური მეთოდების გამოყენება ასევე აუცილებელია თხევადი და აირისებრი ფაზების გამოყოფისათვის N. პირობებში. სისტემის რამდენიმე ერთეული სიცოცხლის მხარდაჭერა,ენერგომომარაგების სისტემის საწვავის უჯრედებში (მაგალითად, კონდენსატის შეგროვება ფოროვანი ფითილების სისტემით, თხევადი ფაზის გამოყოფა ცენტრიფუგის გამოყენებით). კოსმოსური ხომალდების მექანიზმები (მზის პანელების გასახსნელად, ანტენების, დოკისთვის და სხვ.) შექმნილია ნ.

N. შეიძლება გამოყენებულ იქნას გარკვეული ტექნოლოგიური პროცესების განსახორციელებლად, რომელთა განხორციელება რთული ან შეუძლებელია ხმელეთის პირობებში (მაგალითად, მთლიანი მოცულობის ერთიანი სტრუქტურის მქონე კომპოზიტური მასალების მიღება, დნობის მასალისგან ზუსტი სფერული ფორმის სხეულების მიღება ზედაპირული დაძაბულობის ძალების გამო. და ა.შ.). პირველი ექსპერიმენტი სხვადასხვა მასალის შედუღების ნ. და ვაკუუმის პირობებში ჩატარდა საბჭოთა კოსმოსური ხომალდის Soyuz-6-ის ფრენისას (1969 წ.). არაერთი ტექნოლოგიური ექსპერიმენტი (შედუღებაზე, გამდნარი მასალების დინებისა და კრისტალიზაციის შესწავლაზე და სხვ.) ჩატარდა ამერიკულ Skylab-ის ორბიტალურ სადგურზე (1973 წ.).

განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ნ-ის პირობების უნიკალურობის გათვალისწინება პილოტირებული კოსმოსური ხომალდის ფრენისას: ნ-ის მდგომარეობაში მყოფი ადამიანის ცხოვრების პირობები მკვეთრად განსხვავდება ჩვეულებრივი ხმელეთისგან, რაც იწვევს რიგის ცვლილებას. მის სასიცოცხლო ფუნქციებზე. ასე რომ, ნ. ფუნქციონირების უჩვეულო პირობებში აყენებს ცენტრალურ ნერვულ სისტემას და მრავალი ანალიზატორი სისტემის რეცეპტორებს (ვესტიბულური აპარატი, კუნთოვან-სახსროვანი აპარატი, სისხლძარღვები). ამიტომ N. განიხილება როგორც სპეციფიკური ინტეგრალური სტიმული, რომელიც მოქმედებს ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმზე მთელი ორბიტალური ფრენის დროს. პასუხი ამ სტიმულზე არის ადაპტური პროცესები ფიზიოლოგიურ სისტემებში; მათი გამოვლენის ხარისხი დამოკიდებულია ნ-ის ხანგრძლივობაზე და გაცილებით ნაკლებად ორგანიზმის ინდივიდუალურ მახასიათებლებზე.

ნ.-ს მდგომარეობის დაწყებასთან ერთად ზოგიერთ ასტრონავტს უვითარდება ვესტიბულური დარღვევები. დიდი ხნის განმავლობაში თავის არეში სიმძიმის შეგრძნება გრძელდება (მასში სისხლის ნაკადის გაზრდის გამო). ამავდროულად, ნ.-სთან ადაპტაცია ხდება, როგორც წესი, სერიოზული გართულებების გარეშე: ნ.-ში ადამიანი ინარჩუნებს შრომისუნარიანობას და წარმატებით ასრულებს სხვადასხვა სამუშაო ოპერაციებს, მათ შორის, რაც მოითხოვს კარგ კოორდინაციას ან ენერგიის დიდ ხარჯვას. საავტომობილო აქტივობა ნ-ის შტატში მოითხოვს გაცილებით ნაკლებ ენერგეტიკულ ხარჯებს, ვიდრე მსგავსი მოძრაობები გრავიტაციის პირობებში. თუ ფრენისას არ გამოიყენებოდა პროფილაქტიკური ზომები, მაშინ დაშვების შემდეგ პირველ საათებში და დღეებში (მიწიერი პირობებისადმი ხელახალი ადაპტაციის პერიოდი), ადამიანი, რომელმაც გრძელი კოსმოსური ფრენა განახორციელა, განიცდის შემდეგ ცვლილებებს. 1) სტატიკური და დინამიური ვერტიკალური პოზის შენარჩუნების უნარის დარღვევა; სხეულის ნაწილების სიმძიმის შეგრძნება (მიმდებარე საგნები აღიქმება უჩვეულოდ მძიმედ; კუნთების ძალისხმევის დოზირებაში ვარჯიშის ნაკლებობაა). 2) დარღვევა ჰემოდინამიკასაშუალო და მაღალი ინტენსივობის მუშაობის დროს; ჰორიზონტალური მდგომარეობიდან ვერტიკალურზე გადასვლის შემდეგ შესაძლებელია წინასწარ გაბრუებული და გაბრუებული მდგომარეობა (ორთოსტატიკური ტესტები). 3) მეტაბოლური პროცესების დარღვევა, განსაკუთრებით წყალ-მარილის მეტაბოლიზმი,რასაც თან ახლავს ქსოვილების შედარებით გაუწყლოება, მოცირკულირე სისხლის მოცულობის დაქვეითება, ქსოვილებში რიგი ელემენტების, კერძოდ კალიუმის და კალციუმის შემცველობის დაქვეითება. 4) ფიზიკური დატვირთვის დროს ორგანიზმის ჟანგბადის რეჟიმის დარღვევა. 5) იმუნობიოლოგიური რეზისტენტობის დაქვეითება. 6) ვესტიბულურ-ვეგეტატიური დარღვევები. ნ-ით გამოწვეული ყველა ეს ძვრები შექცევადია. ნორმალური ფუნქციების დაჩქარებული აღდგენა შეიძლება მიღწეული იყოს ფიზიოთერაპიისა და სავარჯიშო თერაპიის დახმარებით, ასევე მედიკამენტების გამოყენებით. ფრენის დროს ადამიანის სხეულზე N.-ის არასასურველი ზემოქმედების პრევენცია ან შეზღუდვა შესაძლებელია სხვადასხვა საშუალებებითა და მეთოდებით (კუნთების ვარჯიში, კუნთების ელექტრული სტიმულაცია, სხეულის ქვედა ნახევარზე განხორციელებული უარყოფითი წნევა, ფარმაკოლოგიური და სხვა საშუალებები). ფრენისას, რომელიც გაგრძელდა დაახლოებით 2 თვე (მეორე ეკიპაჟი ამერიკულ სადგურ Skylab-ზე, 1973 წ.), მაღალი პრევენციული ეფექტი მიღწეული იქნა ძირითადად კოსმონავტების ფიზიკური ვარჯიშის გამო. მაღალი ინტენსივობის სამუშაო, რომელიც იწვევდა გულისცემის მატებას წუთში 150-170 დარტყმამდე, სრულდებოდა ველოსიპედის ერგომეტრზე დღეში 1 საათის განმავლობაში. სისხლის მიმოქცევისა და სუნთქვის ფუნქციის აღდგენა მოხდა კოსმონავტებში დაშვებიდან 5 დღის შემდეგ. სუსტად იყო გამოხატული მეტაბოლიზმის ცვლილებები, სტატო-კინეტიკური და ვესტიბულური დარღვევები.

ეფექტური საშუალება იქნება კოსმოსურ ხომალდზე ხელოვნური „გრავიტაციის“ შექმნა, რომლის მიღებაც შეიძლება, მაგალითად, სადგურის დიდი მბრუნავი (ანუ წინ არ მოძრაობს) ბორბლის სახით დაყენებით და სამუშაო ადგილის განლაგებით. ოთახები მის "რგოლზე". მასში სხეულის "რგოლის" ბრუნვის გამო ისინი დაჭერით მის გვერდით ზედაპირს, რომელიც შეასრულებს "იატაკის" როლს, ხოლო "იატაკის" რეაქცია, რომელიც გამოიყენება სხეულების ზედაპირებზე. შექმნის ხელოვნურ „სიმძიმეს“. კოსმოსურ ხომალდზე თუნდაც მცირე ხელოვნური „სიმძიმის“ შექმნამ შეიძლება უზრუნველყოს ნ.-ის მავნე ზემოქმედების პრევენცია ცხოველთა და ადამიანის ორგანიზმზე.

კოსმოსური მედიცინის რიგი თეორიული და პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად ფართოდ გამოიყენება ნ.-ს მოდელირების ლაბორატორიული მეთოდები, მათ შორის კუნთების აქტივობის შეზღუდვა, ადამიანს სხეულის ვერტიკალური ღერძის ჩვეული საყრდენის ჩამორთმევა, არტერიული წნევის ჰიდროსტატიკური შემცირება, რაც მიიღწევა ადამიანის ჰორიზონტალურ მდგომარეობაში ან კუთხით (თავი ფეხების ქვემოთ), ხანგრძლივი უწყვეტი წოლითი რეჟიმით ან ადამიანის ჩაძირვით თხევად (ე.წ. ჩაძირვის) გარემოში რამდენიმე საათის ან დღის განმავლობაში.

ნათ.: Kakurin L. I., Katkovsky B. S., გრძელვადიანი უწონობის ზოგიერთი ფიზიოლოგიური ასპექტი, წიგნში: მეცნიერების შედეგები. სერია ბიოლოგია, გ. 8, მოსკოვი, 1966; მედიკო-ბიოლოგიური კვლევა უწონობაში, მ., 1968; ფიზიოლოგია სივრცეში, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1972 წ.

S. M. Targ, E. F. Ryazanov, L. I. Kakurin.