Можно ли в классе, наглядно показать, что такое невесомость? | FizPortal
Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 7 гостей.

Можно ли в классе, наглядно показать, что такое невесомость?

рисунок Прежде всего, для дальнейшего правильного ответа на этот вопрос, необходимо разделить физические понятия массы, которой обладают все материальные тела всегда, независимо от внешних условий, и веса, который тела приобретают, будучи:
 а) помещёнными в поле тяготения;
 б) находясь там в состоянии динамического покоя; и, наконец,
 в) взаимодействуя при этом с каким-либо иным физическим телом, которое играет роль опоры (подставки или подвеса), и обеспечивает тем самым данный динамический покой.
Сила, с которой рассматриваемое тело взаимодействует с опорой, и будет называться весом данного тела в данном поле тяготения.
 Поскольку в задаче просят продемонстрировать невесомость, не выходя из класса, то, соответственно, поле тяготения тем самым определено, как поле тяжести на поверхности планеты Земля с ускорением свободного падения 9,81 м/с2 (космические и лунные станции пока рассматривать не будем). Соответственно, невесомостью будем называть те или иные состояния тел, когда их вес равен нулю (при условии наличия самого тела).
 Наиболее распространённой и часто упоминаемой невесомостью является так называемая «динамическая невесомость», когда рассматриваемое физическое тело находится в равноускоренном движении под действием силы тяжести. Однако, здесь имеется та хитрость, столь же часто упускаемая из виду, что просто свободный полёт какого-либо тела куда бы то ни было невесомостью не является, поскольку при этом отсутствует опора (другое не менее физическое тело), сила взаимодействия с которым в процессе полёта должна быть равна нулю. Поэтому простое подпрыгивание или подбрасывание задачу в строгом смысле слова не решает. Часто предлагаемое многими юными исследователями «выбрасывание» приятеля из окна тем более не способствует конструктивному решению, поскольку в условии прямо просили не выходить из дому в процессе создания невесомости.
рисунок Для продуктивной демонстрации необходимо позволить свободно двигаться не только рассматриваемому телу, но также и его опоре, наблюдая при этом нулевое значение силы взаимодействия между ними. Лучше всего в данном сценарии предоставить свободу движения грузу (только небольшому) на пружинных весах (лучше на безмене, т. к. он удароустойчивее), которые во время непродолжительного полёта явственно покажут своей стрелкой на нулевое значение веса упомянутого груза. Достаточно нагляден и типичный школьный пример с полоской бумаги (например, газетной), зажатой между двумя грузами (например, книгами), свободно выходящей между ними при свободном полёте и рвущейся при других способах её изъятия. Наконец, желающие попрыгать, могут и это себе позволить, посадив приятеля себе на плечи и наслаждаясь его (приятеля) кратковременной невесомостью (при условии обеспечения безопасности окружающих лиц и предметов).
 Хотелось бы обратить внимание на предложенную одним из участников конкурса весьма интересную и нетривиальную демонстрацию динамической невесомости с помощью конструкций малой упругости, распрямляющихся в полёте.
 Другой, не менее распространённой невесомостью являетс я гидроневесомость, обеспечиваемая силой Архимеда в жидких и газообразных средах. Рыбки в аквариуме, чаинки в стакане, всевозможные предметы, погруженные в ванной, шарики и мыльные пузыри в воздухе (а за пределами дома, − подводные лодки и дирижабли) являются примерами архимедовой гидроневесомости относительно опоры рисунок(воды или воздуха). Нужно заметить, что оба рассмотренных выше типа невесомости активно используются для тренировки космонавтов.
 Динамическая невесомость создаётся в самолёте, летящем по специальной кривой, близкой к параболе; а гидроневесомость, − в гидробассейне Звёздного городка, где под водой помещается целиком космический корабль или орбитальная станция.
 Среди иных сил физической природы, способных компенсировать силу тяжести, промышленное применение имеет электромагнитная невесомость, первоначально реализованная в виде т. н. «гроба Магомета», а на современном техническом уровне в виде поездов на магнитной подвеске.
 Наконец, в качестве определённого курьёза, можно привести пример «фазовой» невесомости. Если в чайник налить немного жидкой воды и поставить его на огонь, то через некоторое время вес чайника уменьшится на величину ранее налитой воды, присутствие которой, тем не менее, в виде водяного пара будет явственно ощущаться и в чайнике, и в кухне в целом. Аналогичным образом ведет себя «сухой лёд» (углекислота в твёрдой фазе), используемый в лотках мороженого.
 В заключение, исходя из определения невесомости и условий её создания, можно указать также на гравитационные экраны, препятствующие распространению поля тяготения на определенные области пространства, и источники антигравитации, локально компенсирующие силу тяжести, которые, однако, до настоящего времени не обнаружены и промышленные образцы которых не созданы.