Будь-яке велике досягнення науки в кінцевому рахунку якось змінює життя кожного з нас. Так було з відкриттям електрики і електромагнітних хвиль, з винаходом літальних апаратів, важчих за повітря, зі створенням напівпровідників. Зараз в життя людства входять ракети і космічні кораблі.
Можна не сумніватися, що пройде ще кілька десятків років і люди будуть користуватися для міжконтинентальних повідомлень ракетним транспортом з такими ж спокоєм і незворушністю, з якими зараз вони піднімаються на борт пасажирського реактивного лайнера. Стануть буденними і космічні сполучення між Землею і Місяцем. Люди будуть жити і працювати на космічних станціях, з'являться професії космічних зварників, монтажників і ін.
Але, мабуть, вперше, завдяки науково-технічних досягнень в освоєнні космосу, людина потрапить в принципово нові умови, де по-іншому проявляються звичні фізичні закономірності. Що-небудь подібне може статися хіба лише при освоєнні морських глибин.
Зрозуміло, основні закони фізики і, зокрема, механіки однакові і на Землі, і під водою, і в космосі. Але проявляються вони по-різному в залежності від умов. А умови ці на Землі і в космосі далеко не однакові. На нашій планеті вони характеризуються двома головними обставинами. По-перше, відсутні помітні зміни швидкості - прискорення в русі точок земної поверхні. А по-друге, наша планета притягує до себе всі предмети і змушує їх чинити тиск на свої опори.
Відсутність відчутних прискорень пов'язано з особливостями руху Землі в світовому просторі. Разом з нашою планетою ми беремо участь в двох основних її рухах: добовому обертанні навколо власної осі і річному зверненні навколо Сонця. І хоча ми мчимо разом із Землею навколо Сонця зі швидкістю 30 км / с, а разом із Сонячною системою навколо центру Галактики з жахливою швидкістю близько 230 км / с, ми цього не відчуваємо, тому що організм людини абсолютно нечутливий до швидкості рівномірного руху.
Втім, відповідно до одного з фундаментальних положень механіки, взагалі ніякими внутрішніми фізичними експериментами і вимірами неможливо знайти рівномірний і прямолінійний рух.
Ну, а якщо деяка система, наприклад, космічна ракета, буде рухатися з прискоренням під дією двигунів або відчуваючи опір середовища? При такому русі виникає перевантаження, т. Е. Збільшення тиску на опору. Навпаки, якщо рух відбувається з вимкненими двигунами в порожнечі, тиск на опору зникає, настає стан невагомості.
В умовах Землі тиск на опору пов'язано з дією сили тяжіння. Але деякі думають, що сила тиску на опору - це і є та сила, з якою тіло притягується Землею. Якби справа йшла так, то, наприклад, в космічному кораблі, що рухається до Місяця, невагомості не було б, так як в будь-якій точці орбіти на корабель діяла б сила земного тяжіння. Та й взагалі в космосі навряд чи можливо знайти таке місце, де рівнодіюча сил тяжіння була б дорівнює нулю.
Зауважимо, що тиск на опору може бути викликано не тільки дією сили тяжіння, а й іншими причинами, наприклад, прискоренням. Для нерухомого тіла, що спочиває на земній поверхні, сила тяжіння справді збігається з силою тиску на опору. Але це тільки окремий випадок. На Землі людина з деякою силою тисне на її поверхню. У свою чергу, відповідно до третього закону механіки, і поверхня Землі тисне на людину знизу вгору з точно такою ж силою. Ця сила «протидії» називається реакцією опори. Сили дії і протидії завжди прикладені до різних тіл. Зокрема, в даному випадку сила тиску на опору прикладена до опори, а реакція опори до самого тіла.
Тим часом, сила тяжіння прикладена ні до опорі, а до тіла. Таким чином, сила тиску на опору і сила тяжіння - це абсолютно різні сили.
Якщо космічна ракета рухається з прискоренням, тиск опори на тіло зростає в стільки ж разів, у скільки реактивне прискорення ракети перевершує прискорення вільного падіння, рівне 9,81 м / с2. Іншими словами, на прискореному ділянці руху зростає реакція опори. Але при цьому, відповідно до третього закону механіки, в стільки ж разів збільшується і тиск на опору.
Ставлення фактичного тиску на опору до його тиску на опору в умовах Землі отримало назву перевантаження. Для людини, що знаходиться на земній поверхні, перевантаження дорівнює, таким чином, одиниці. До дії цієї постійної перевантаження людський організм пристосувався, і ми її просто не помічаємо.
Фізична сутність явища перевантаження полягає в тому, що не всі точки тіла отримують прискорення одночасно. Діюча на тіло сила, наприклад, сила тяги ракетного двигуна, прикладена в цьому випадку до порівняно невеликої частини його поверхні. Решта ж матеріальні точки тіла отримують прискорення з деяким запізненням через деформацію. Іншими словами, тіло як би сплющується, притискається до опори.
Численні експериментальні дослідження, які були розпочаті ще К. Е. Ціолковським, показали, що фізіологічну дію перевантаження істотно залежить не тільки від її тривалості, але і від положення тіла. При вертикальному положенні людини значна частина крові зміщується в нижню половину тіла, що призводить до порушення кровопостачання головного мозку. Внутрішні органи в результаті збільшення своєї ваги також зміщуються вниз, викликаючи сильне натягнення зв'язок.
Щоб уникнути небезпечних для організму перевантажень на ділянках прискореного руху, необхідно розташовуватися таким чином, щоб дія перевантаження було направлено від спини до грудей. Такий стан дозволяє переносити приблизно втричі більші перевантаження.
До речі сказати, саме з цієї причини відпочивати лежачи - краще, ніж стоячи.
Якщо з дією перевантаження жителям Землі хоча і не часто, але все ж доводиться зустрічатися, то з невагомістю вони практично не знайомі ..
Це дивний стан настає після виключення двигунів ракети, коли і тиск на опору і реакція опори повністю зникають. Зникають і звичні для людини напрямку верхньої та нижньої частини, а незакріплені предмети вільно плавають в повітрі.
Щодо невагомості існує цілий ряд неправильних уявлень. Деякі думають, що це стан виникає тоді, коли космічний корабель виявляється в безповітряному просторі, «поза сферою земного тяжіння». Інші вважають, що невагомість в супутнику Землі відбувається завдяки дії на нього «відцентрових сил».
Все це, однак, зовсім не так.
За яких же умовах виникає невагомість і тиск на опору звертається в нуль? Це явище пов'язане з тим, що при вільному русі в космічному просторі і сама ракета, і всі, хто в ній предмети під дією сил тяжіння рухаються з однаковим прискоренням. Опора весь час ніби йде з-під тіла, і тіло не встигає тиснути на неї.
Однак і рух на активних ділянках під дією ракетного двигуна, і рух під дією сил тяжіння є рухами прискореними. Обидва вони відбуваються під дією сил. Чому ж в одному випадку виникає перевантаження, а в іншому - невагомість?
Парадокс цей удаваний. Вище вже зазначалося, що при виникненні перевантажень прискорення повідомляються різних точок тіла через деформацію. Інша справа, коли ракета рухається в полі тяжіння. В межах розмірів ракети поле тяжіння практично однорідне, а це значить, що на всі частинки ракети одночасно діють рівні сили. Адже сили тяжіння належать до числа так званих масових сил, т. Е. Сил, які прикладені одночасно на всі точки даної системи.
Завдяки цьому всі крапки ракети одночасно отримують однакові прискорення і всяка взаємодія між ними зникає. Зникає реакція опори, зникає тиск на опору. Настає стан повної невагомості.
Не зовсім звичайно повинні протікати в умовах невагомості і деякі фізичні процеси. Ще А. Ейнштейн задовго до космічних польотів поставив цікаве питання: чи буде горіти свічка в кабіні космічного корабля?
Великий вчений відповів негативно - він вважав, що через невагомості розпечені гази не виходитимуть з зони полум'я. Тим самим доступ кисню до гніт виявиться прегражденіе, і полум'я згасне.
Однак допитливі сучасні експериментатори вирішили все ж перевірити твердження Ейнштейна на досвіді. В одній з лабораторій був поставлений наступний досить елементарний експеримент. Палаючу свічку, вміщену в закриту скляну банку, скидали з висоти близько 70 м. Падаючий предмет знаходився в стані невагомості (якщо не враховувати опору повітря). Однак свічка зовсім не гасла, лише змінювалася форма мови полум'я - він ставав більш кулястим, а випускається їм світло ставав менш яскравим.
Мабуть, вся справа в дифузії, завдяки якій кисень з навколишнього простору все ж потрапляє в зону полум'я. Адже процес дифузії не залежить від дії сил тяжіння.
І все-таки умови горіння в невагомості інші, ніж на Землі. Ця обставина довелося враховувати радянським конструкторам, які створювали унікальний зварювальний апарат для проведення зварювання в умовах невагомості.
Як відомо, цей апарат був випробуваний в 1969 р на радянському космічному кораблі «Союз-8» і працював успішно.