Перегрузки и невесомость. Движение в безопорном пространстве. Искусственное тяготение

Если пользоваться системой отсчета, в которой тело находится в состоянии покоя, то вес тела равен (и по величине и по направлению) действующей на него силе тяжести (формула 8.7). Поэтому можно сказать, что перегрузку испытывает тело, находящееся в системе отсчета, в которой сила тяжести превышает земную. Величину перегрузки принято характеризовать отношением силы тяжести, действующей в данной системе отсчета, к силе тяжести на Земле. Например, если космический корабль стартует с ускорением а = 4g, то согласно формуле (8.3) вес тела в корабле равен 5mg, а вес тела на земле равен mg. Отношение этих величин равно пяти. Поэтому в корабле человек испытывает пятикратную перегрузку.

Рис. 8.4. Перегрузки, возникающие при выходе самолета из пикирования

Перегрузки испытывает и летчик, выводящий самолет из пикирования, рис. 8.4. Если радиус кривизны в нижней части траектории — R и самолет движется со скоростью v, то возникает центростремительное ускорение направленное вверх. Следовательно, в нижней точке траектории летчик давит на сиденье с силой:

Пропорции и размеры человеческого тела, сила мышц и прочность костей приспособлены к существованию в условиях земной силы тяжести. Поэтому если человек оказывается в системе, где сила тяжести значительно превышает земную, он испытывает затруднения в выполнении самых обычных движений.

Для подготовки человека к работе в условиях значительной перегрузки необходимы специальные тренировки. Для этого используют центрифугу, которая представляет собой кабину, вращающуюся в горизонтальной плоскости на длинной штанге, рис. 8.5.

Рис. 8.5. Принцип создание перегрузок на центрифуге

Пусть радиус штанги г, и кабина вращается с угловой скоростью ω. В этом случае кабина имеет центростремительное ускорение а_ц = ω ² · r и на тело внутри нее действует сила инерции F_и = m ω² r. Согласно принципу Д'Аламбера, сила тяжести в кабине равна векторной сумме силы инерции и силы тяжести на Земле:

F_тяж=F_и+тg.

Ее величина находится по теореме Пифагора:

Величина перегрузки определяется отношением силы тяжести в кабине к земной силе тяжести:

Таким способом при большой угловой скорости вращения можно создать практически любую перегрузку.

В табл. 8.1 представлены значения перегрузок, возникающих в некоторых условиях.

Таблица 8.1