Pmonline.ru

Пром Онлайн
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Можно ли маятниковые часы использовать в невесомости

34. Колебания — В.И. Лукашик, Сборник задач по физике

850. Свойством повторяемости обладают качания маятника часов, сезонные изменения температур, движение стрелки часов, колебания струны, вибрация крыльев самолета, движение Земли вокруг Солнца, колебания напряжения в сети электрического тока. Какие из перечисленных процессов можно назвать механическими колебательными процессами?
К механическим колебаниям относятся: качание маятника, движение стрелки часов, колебания струны, вибрация крыльев самолета, движение Земли вокруг Солнца.

851. Будут ли возможны колебания шарика, закрепленного на пружине, если вся система придет в состояние невесомости?
Да, поскольку колебания этой системы не зависят от силы тяжести.

852. Маятник часов совершает незатухающие гармонические колебания. Какие из величин — смещение, амплитуда, период, частота, скорость, ускорение — являются постоянными и какие переменными?
Постоянные: амплитуда, период, частота.
Переменные: смещение, скорость, ускорение.

853. Шарик, подвешенный на нити, совершает вращение в горизонтальной плоскости, описывая окружность диаметром d (рис. 244). Если наблюдение производится в плоскости вращения, то движение шарика воспринимается как гармоническое колебание. Чему равна амплитуда колебаний? Что можно сказать о частоте обращения шарика и частоте колебаний?
Амплитуда равна d/2; частота обращения равна частоте колебаний шарика.

854. Частота колебаний напряжения в электрической сети равна 50 Гц. Определите период колебания.

34. Колебания

855. При измерении пульса человека было зафиксировано 75 пульсаций крови за 1 мин. Определите период сокращений сердечной мышцы.

34. Колебания

856. У вала электрической швейной машинки частота вращения равна 1200 об/мин. За один оборот игла совершает одно колебание. Определите период колебания иглы.

34. Колебания

857. Фреза имеет частоту вращения с 600 об/мин. Число зубьев на фрезе равно 40. С какой частотой вибрирует станок? Определите период вибраций.

34. Колебания

858. Какова частота колебаний поршня двигателя автомобиля, если за 0,5 мин поршень совершает 600 колебаний?

34. Колебания

859. Частота колебаний крыльев вороны в полете равна в среднем 3 Гц. Сколько взмахов крыльями сделает ворона, пролетев путь 650 м со скоростью 13 м/с?

34. Колебания

860. Для тела, совершающего свободные колебания, график зависимости смещения от времени представлен на рисунке 245. Определите период, частоту и амплитуду колебаний.

34. Колебания

861. Колебания материальной точки описываются следующим уравнением: х =70 sin 0,5 t. Определите амплитуду колебаний и смещение точки от положения равновесия в следующие моменты времени: t1 = π/2 и t2 = π/3. При каких фазах смещение по модулю равно половине амплитуды?

34. Колебания

862. Чему равна разность фаз свободных колебаний рук человека при ходьбе?
Разность фаз составляет π.

863. Гармоническое колебание описывается уравнением х = 2 sin (π/2t + π/4). Чему равны циклическая частота колебаний, линейная частота колебаний, начальная фаза колебаний?

34. Колебания

864. Можно ли предположить, что одно и то же колебание может быть описано с помощью следующих уравнений:
х = 3 sin (π/4 t+π/6), х = 3 cos(π/4 t + π/3), х = 3 cos (π/4 t – π/3)?

Да.

865. В какие моменты времени скорость колеблющейся материальной точки равна нулю, если колебание описывается уравнением х = 4 sin π/2 t ?

34. Колебания

866. Максимально или минимально ускорение в те моменты времени, когда скорость колеблющегося пружинного маятника равна 0?
Максимально.

867. Что можно сказать об ускорении, которое испытывает колеблющийся груз, подвешенный на пружине, в момент прохождения положения равновесия?
Ускорение максимально.

868. В момент начала наблюдения нить маятника длиной l (рис. 246) образует с вертикалью малый угол α, а груз находится в крайнем положении. Можно ли считать угол α начальной фазой колебаний? Как вычислить амплитуду колебаний?
α нельзя считать начальной фазой. А =l sin α, где А — амплитуда колебаний.

869. Каково направление равнодействующей сил, приложенных к грузу маятника (рис. 246), когда этот груз находится в крайних положениях; проходит положение равновесия?
При нахождении груза в крайних положениях равнодействующая сил направлена по касательной к дуге, описываемой грузами. В положении равновесия она равна 0.

870. Почему на доску качелей встать в полный рост труднее всего в тот момент, когда качели проходят положение равновесия?
Потому что в этот момент доска имеет наибольшую скорость.

871. Чему равен период колебания математического маятника, если длина нити равна 9,8 м?

34. Колебания

872. Два математических маятника совершают свободные колебания. Графики зависимости смещения от времени представлены на рисунке 247. Определите период колебания каждого из маятников и отношение длин маятников.

34. Колебания

873. Математический маятник длиной 0,99 м совершает 50 полных колебаний за 1 мин 40 с. Чему равно ускорение свободного падения в данном месте на поверхности Земли?

34. Колебания

874. Во сколько раз надо изменить длину математического маятника, чтобы период колебания изменился в 2 раза?
Так как период пропорционален корню квадратному из длины, то для удвоения периода длину следует увеличить в 4 раза.

875. Из двух математических маятников в одном и том же месте Земли один совершает 40 колебаний за некоторое время, а другой за то же время — 20 колебаний. Определите длину каждого из маятников, если один из них длиннее другого на 90 см.

34. Колебания

876. В покоящейся ракете колеблется математический маятник. При движении ракеты вверх с некоторым ускорением период колебания маятника уменьшился вдвое. Во сколько раз ускорение, с которым движется ракета, больше ускорения свободного падения?

34. Колебания

877. Груз массой 50 г, прикрепленный к пружине, жесткость которой равна 0,49 Н/м, совершает колебания. Какой длины надо взять математический маятник, чтобы его частота колебаний была равна частоте колебаний пружинного маятника?

Читайте так же:
Можно ли копировать чужие сайты

34. Колебания

878. Как изменится период и частота колебаний упругой доски, установленной на вышке для прыжков в воду, если после взрослого человека на доске раскачивается мальчик, готовясь к прыжку?
Период уменьшится, частота увеличится.

879. Когда груз неподвижно висел на вертикальной пружине, ее удлинение было равно 5 см. Затем груз оттянули вниз и отпустили, вследствие чего он начал колебаться. Каков период колебания?

34. Колебания

880. Шарик с отверстием, прикрепленный к легкой пружине жесткостью 250 Н/м, может совершать незатухающие колебания вдоль стержня (рис. 248). Чему равно ускорение, испытываемое шариком (Рис. 248) в положении равновесия и в крайних положениях, если амплитуда колебаний равна 4 см, а масса 50 г?

34. Колебания

881. Опишите превращения механической энергии, совершающиеся в процессе свободных незатухающих колебаний пружинного маятника в горизонтальном направлении; в вертикальном направлении. Сохраняется ли полная механическая энергия в процессе колебаний?
В горизонтальном направлении: в положении равновесия: Еп пр = 0; Екин – мах. В крайних положениях: Екин = 0; Еп пр – мах. В вертикальном направлении: положение равновесия сместится вниз от точки подвеса маятника за счет потенциальной энергии груза, скомпенсированной потенциальной энергией пружины. Превращения энергии осуществляются точно также, как и в горизонтальном направлении. Полная механическая энергия остается неизменной.

882. Груз массой 400 г совершает колебания на пружине жесткостью 250 Н/м. Амплитуда колебаний равна 15 см. Чему равны полная механическая энергия колебаний и наибольшая скорость движения груза?

34. Колебания

883. По условию задачи 880 определите полную энергию колебаний шарика, а также потенциальную и кинетическую энергии в тот момент, когда шарик находится в точке с координатой х = 2 см. За начало отсчета примите положение равновесия шарика.

34. Колебания

884. Груз, подвешенный на пружине жесткостью 1 кН/м, колеблется с амплитудой 2 см по закону: х = A sin (ώt + φ0). Определите кинетическую и потенциальную энергии при фазе π/6 рад.

34. Колебания

885. Почему легче идти в обуви на толстой упругой подошве при определенной частоте шагов? Объясните с точки зрения превращения энергии.
При определенной частоте шагов циклическая частота со вынуждающей силы приближается к циклической частоте со0 колебательной системы — упругой подошвы. Возникает резонанс.

886. Как изменяется амплитуда и какие превращения претерпевает энергия при колебаниях дерева при одиночном порыве ветра; автомобиля при работе двигателя на холостом ходу; коромысла весов при взвешивании?
При колебании дерева, при одиночном порыве ветра, и коромысла весов при взвешивании амплитуда и энергия уменьшаются с каждым последующим колебанием.

887. Вода, которую мальчик несет в ведре, начинает сильно расплескиваться. Мальчик меняет темп ходьбы или просто «сбивает ногу», и расплескивание прекращается. Почему так происходит?
Мальчик меняет фазу своих колебаний. Колебания воды гасятся за счет колебаний мальчика.

888. Максимальную амплитуду вертикальных колебаний мячика, подвешенного на тонкой резинке, можно получить, если его нести, делая за 1 мин 48 шагов. Определите коэффициент упругости резинки, если масса мячика равна 60 г.

Кулон-маятник с натуральным камнем: виды, свойства и советы по выбору

  • Кулон-маятник с натуральным камнем: виды, свойства и советы по выбору

Украшения и аксессуары имеют множество вариаций. Одной из популярных является кулон-маятник. Он имеет достаточно простую форму в виде палочки с тупым или заостренным концом. Изготавливают такие украшения из различных материалов. Но чаще всего можно встретить маятники из драгоценных или полудрагоценных камней. Кулон дополняется цепочкой из металла или шнурком из ткани или кожи.

Наиболее выигрышно смотрятся маятники на цепочке из серебра

Основные разновидности маятников

Украшения отличаются по нескольким признакам. По материалу самого кулона маятники бывают:

кулон с розовым камнем

  • каменные;
  • металлические;
  • деревянные.

Также кулоны имеют различные формы исполнения:

  • с заостренным концом;
  • каплевидные;
  • шестигранные;
  • сферические;
  • кулоны с потайным отделением (в котором размещаются полезные травы или дорогие человеку фото близких).

Многообразие вариантов исполнения позволяет найти кулон-маятник для любого вкуса и целей применения.

Свойства кулонов в виде маятника

Кроме эстетических свойств такие украшения имеют богатую историю применения в различных сферах жизни человека. Китайский ученый Чжан Хэн считается изобретателем механизма для выявления сейсмической активности при помощи маятника.

Принцип маятника использовали также при изготовлении часов. Но они имели погрешность, поэтому быстро были вытеснены более совершенными механизмами

свойства аметиста

Особое распространение кулоны-маятники получили в эзотерике и магии. Их применяли для поиска людей и аномальных зон в жилище. По сей день существует ряд гаданий по маятнику. Суть заключается в постановке простого вопроса, на который маятник может ответить утвердительно или отрицательно. Но главное свойство кулонов – их воздействие на организм. В зависимости от материала оно будет направлено на разные органы и системы.

Так кулон-маятник из кварца является хорошим проводником энергии. Это украшение позволит лучше принимать силы и энергию природы, помогает сократить эмоциональные всплески и наладить отношения с близкими людьми.

Еще одним популярным материалом для изготовления таких украшений является лунный камень. Он напоминает полупрозрачный кристалл бледно-голубого оттенка. Еще в древнем Тибете его применяли для лечения мочеполовой и нервной системы. С точки зрения эзотерики лунный камень означает мечтательность и нежность. Поэтому его советуют носить тем, кто желает встретить свою половинку.

кулон с черным агатом

В кулонах-маятниках также часто можно встретить аметист. Этот камень является разновидностью кварца. Ему приписывают удивительные свойства. Считается, что аметист помогает бороться с алкоголизмом и нервными расстройствами. Для состоятельных людей ношение такого камня имеет особое значение, ведь он помогает продвигаться по карьерной лестнице и значительно улучшать финансовое положение.

Читайте так же:
Можно ли молоть семя льна в кофемолке

На что обратить внимание при выборе?

Главным аспектом при выборе кулона должно быть его качество. Камень, используемый в украшении, должен иметь четкую текстуру и ни в коем случае не крошиться. Натуральные материалы даже после шлифовки и обработки должны сохранять структурный рисунок. Исключение может стать разве что бирюза – в таких украшениях используют порошок с добавлением связующего звена. Это сказывается на цвете и фактуре.

При выборе кулона из драгоценного камня лучше проконсультироваться с профессиональным ювелиром

Кроме того, особое внимание следует уделить цепочке или шнурку, на котором будет размещен кулон. Чаще всего для этих украшений применяют недрагоценные металлы. Со временем они неизбежно теряют первоначальный вид. Лучше обратить внимание на цепочки из серебра – стоить такой кулон будет немного дороже, но и долговечность будет выше в разы.

кулон с опалом

Если предполагается использовать шнурок для ношения маятника, лучше отдать предпочтения кожаным, резиновым или синтетическим материалам. В таком случае украшение сможет долго использоваться без замены данного элемента. И, пожалуй, самое главное при выборе – опираться на свои собственные ощущения.

Эзотерики считают, что маятник является мощным защитным оберегом. Украшение поможет владельцу наладить душевное равновесие и принять правильное решение в трудных жизненных ситуациях. Поэтому подходит ли конкретно вам данный маятник, может подсказать только ваше подсознание.

Астрологи советуют не пренебрегать совместимостью камней с определенным знаком зодиака. Один и тот же камень может принести одному владельцу богатство и здоровье, а другому – только потери и душевный дисбаланс.

Вне зависимости от того, верите ли вы в магию камней или относитесь к этому скептически, кулон-маятник станет прекрасным аксессуаром для любого образа.

Инструкция к настенным часам с маятником

Настенные часы с маятником состоят из разных компонентов. Во-первых, это деревянный каркас, от качества которого многое зависит. Все начинается с выбора материалов: дуб, орех, липа, вишня подвергаются серьезному контролю. Вырезанные детали подвергаются сушке, чтобы впоследствии избежать трещин и вздутия, а потом уже смонтированы, покрашены и лакированы. Многие из этих каркасов украшены инкрустациями из дерева или ручной гравировкой по латуни.

Механическое устройство может работать под тяжестью гири или напором пружины. Подобный механизм играет каждые четверть часа одну или более мелодий и бьет каждый час, указанный на циферблате. Разные модели часов имеют свои механизмы. Каждый механизм имеет свою длину маятника, от которого зависит регулирование времени, если мы начнем менять его длину, то часы будут идти вперед или отставать. Обычно часы нужно заводить каждые 7-8 дней. Гири или пружина заряжают бой часов (слева), общий ход времени , мелодию каждые 15 минут (с права).

Инструкция:

Разновидности механизмов часов с маятниками:
— на цепях с гирями
— на тросах с гирями
— на тросах с пружинами

При транспортировке маятниковые часы состоят из:

а) каркаса, в который монтированы механизм и циферблат
б) маятника в отдельной упаковке, прикрепленной к основной коробке, в которой транспортируется каркас
в) 3-х гирь, упакованных в полистирол или в коробку, которую укладывают в основную коробку под каркас часов
г) заводного ключа и инструкции, которые находятся вместе с маятником

Установка

Достать каркас, маятник из упаковки и (подвесить) в нужное место, вдали от источников тепла и прямого попадания солнечных лучей.

Установить с помощью уровня часы так, чтобы они были строго вертикальны и не качались. Большинство таких часов довольно тяжёлые, поэтому винт или гвоздь в стене должен быть соразмерным весу часов.

Монтаж

1. Освободите молоточки от упаковки

Откройте центральное окошко в часах, просуньте руку под циферблат и двигайтесь вверх, где находится механизм, Вы найдете фиксатор из картона, снимите его.

2. Подвесьте маятник

Достаньте маятник из упаковки, снимите защитную пленку, аккуратно подвесьте его на крючок, который находится за механизмом.

3. Подвесьте гири

Это действие должно выполняться в перчатках.

Освободите цепи от упаковки. Часы должны стоять прямо, чтобы избежать цепи соскочили с механизма. Если у часов три гири, необходимо последовательно подвесить их на цепи.

4. Запустите механизм

Завести механизм часов, аккуратно раскачивая маятник.
Через несколько минут маятник обретет нужную скорость, и Вы услышите регулярных ход часов «тик-так».

Р/S: Необходимо проделывать операции 2; 3; 4; каждый раз когда передвигаете часы на новое место.

5. Регулирование времени

Покрутите минутную стрелку (самую длинную) по часовой и выставите нужное время.
Только после первого часа работы бой часов и каждых 15 минут синхронизируются.

6. Ночной режим

Выключить бой можно двумя разными способами в зависимости от типа механизма в Ваших часах:

функция тишина (silent)
функция бой (strike)

режим тишина (silent)
режим бой (strike)
Ночной Режим (shut-off) – часы не проигрывают музыку и не бьют час с 22-00 до 7-00

Регулировать вышеперечисленные функции можно рычажками слева или справа на циферблате или же рычажком, который находится под циферблатом.
Некоторые производят только бим или бим-бам, другие Westminsterили три разные мелодии.

Регулируя рычаг на циферблате можно установить нужную мелодию.
Не меняйте мелодию, пока часы играют.

Westminster – эта мелодия часов на колокольне дворца Виктории Парламента Лондона.
Whittington– эта мелодия была названа в честь четырежды выбранного на пост мэра Лондона сэра Виттингтона, которую играли в церкви Святой Марии в Чипсайде.
St. Michael – колокола, воспроизводившие мелодию Св. Михаила были отлиты в Лондоне и установлены в одноименной церкви в Чарльстоне в Южной Каролине.

Читайте так же:
Можно ли перевести деньги на карту маэстро

7. Завод часов

Механизм на цепях

Гири, поставляемые с часами, гарантируют ход часов.
Для того, чтобы механизм работал безостановочно, необходимо подтягивать все три гири до циферблата, поддерживая свободный конец цепи. Цепь следует подтягивать медленно и аккуратно. Не стоит держать гири руками, тк они могут соскочить с крючка.

Имейте в виду, что в случае режима silent две внешние гири не опускаются.

Механизм на тросах с пружиной. Ручной завод.

Вставить ключ в скважины на циферблате и аккуратно покрутить в сторону, указанную стрелкой, до автоматического стопа.

Циферблат с фазами луны

Если на Вашем циферблате есть лунные фазы, то выставить их очень просто: пальцем по часовой стрелке медленно покрутите диск:

1-луна находится слева – растущая луна

2 – луна находится по центру – полнолуние

3 – луна находится справа – убывающая луна

Для этого достаточно посмотреть на небо и локализовать положение луны или же посмотреть лунный календарь, который наиболее точен.
Если диск с лунными фазами блокирован, покрутите минутную стрелку по часовой до тех пор, пока диск не начнет крутиться.

Уход и техническое обслуживание

за каркасом

Вытирание пыли – это обыкновенное занятие, которое абсолютно необходимо, т.к. она абразивно действует на дерево. Поэтому рекомендуется вытирать пыль мягкой тряпкой, не царапая и не нажимая. Если скопилось очень много пыли, то можно использовать щетку.

Чтобы вернуть блеск Вашим часам, протрите его тряпкой, смоченной в пчелином воске, который легко найти в любом мебельном магазине. Мы сами используем антипыль для лакированной мебели.

за механизмом

Следует подводить часы каждые 7 дней, дверца часов должна быть всегда закрытой, проверяйте, чтобы часы всегда стояли прямо и не качались.

Советуем каждые 5 лет смазывать механизм синтетическим маслом и каждые 10 лет производить полную чистку у Вашего часовщика или в авторизированном центре.

Передвижение

Если Вам нужно передвинуть или перевезти часы, то следуйте этим правилам:

— упакуйте аксессуары, маятник, гири в оригинальную упаковку
— свяжите цепи, чтобы они не соскочили с механизма, и обмотайте полиэтиленовой пленкой, чтобы они не поцарапали каркас изнутри

Решение некоторых проблем

1. Часы не проигрывают мелодию в нужное время

Если часы проигрывают мелодию на минуту раньше или позже, то нужно подкрутить минутную стрелку. Открутите винт, который фиксирует стрелку, поверните щипчиками стрелку вперед или назад, чтобы она указывала правильное время (Тоесть: механизм играет мелодию, а стрелка стоит на цифре 12). Закрутите винт.

2. Часы не правильно бьют время

Если Ваши часы не бьют время, указанное стрелками на циферблате, значит, стрелки неправильно выставлены. Поверните только часовую стрелку вперед или назад до тех пор, пока бой не будет совпадать. Если Вы будете аккуратно поворачивать стрелки, то это не повредит часам.

3. Часы не играют мелодию и не бьют время

Это может возникать по разным причинам:

— когда Вы меняете время (переход на зимнее/летнее время, запуск часов после остановки), нужно подождать 1-2 часа, чтобы все процессы синхронизировались

— проверьте не находится ли рычажок на режиме silent-тишина или между двумя функциями

— в моделях с автоматической функцией (nightshut-off) НОЧНОЙ РЕЖИМ проверить не находятся ли часы в ночном режиме

— проверить все ли элементы упаковки были удалены из механизма

— проверить завод часов

— проверить бьют ли молоточки по нужным жердочкам механизма

4. Часы показывают неправильное время

Если часы показывают неправильное время, нужно закрутить (если часы отстают) или ослабить (если часы спешат) винт, который находится под механизмом на планке, к которой крепится маятник. Мы советуем снять маятник, чтобы не погнуть его.

Проверка

Если Вы столкнулись с одной из вышеперечисленных проблем, советуем Вам при их устранении строго следовать инструкции.

Первым делом проконтролируйте:

— Гири были правильно подвешены?
— Вы пытались завести часы?
— Вы достаточно завели механизм?
— Маятник касается или царапает гири или жерди молоточков?
— Часы устойчиво и ровно стоят?
— Цепи или тросы сошли с направляющих?
— Часовые или минутные стрелки не мешают друг другу?
— Вы проверили как подвешен маятник?

Ремонт и обслуживание

Если Ваши часы неправильно ходят и нуждаются в ремонте, обратитесь в магазин, который Вам их продал или в специализированный центр.

В большинстве случаев все проблемы можно разрешить на месте, не увозя никуда часы.

С Вашей стороны необходимо предъявить фискальный чек, название модели и краткое описание проблемы.

В гарантию не входят:

Расходы по ремонту часов понесете Вы:

— если Вы не можете предъявить фискальный чек и точную дату покупки
— если Вы не следовали инструкции

— если гарантия истекла или случай не входит в гарантию:

1) установка и завод часов – инструкция в доступной форме описывает все действия
2) смазка и чистка механизма
3) установление точного времени
4) повреждения, полученные при перевозке
5) повреждения, полученные при неправильном обращении и использовании

При повреждении во время перевозки клиент самостоятельно взыскивает урон с перевозчика или с ответственного лица. Поэтому если при получении, Вы видите внешние повреждения упаковки, при переноске слышен звук стекла или скрежет частей, то укажите это в накладной прежде, чем расписываться за получение. Помните, что транспортные компании принимают рекламации только в течение 8 дней со дня получения товара.

Читайте так же:
Можно ли устанавливать шкаф на ламинат

Можно ли маятниковые часы использовать в невесомости

РОСКОСМОС-СПОРТ

Варианты создания искусственной силы тяжести в космосе

Общий вид установки «Юпитер-2» Общий вид установки «Юпитер-2»
Центрифуга короткого радиуса ИМБП первого поколения Центрифуга короткого радиуса ИМБП первого поколения
Олег Орлов проводит инструктаж для испытателя перед началом экспериментального вращения в «Юпитере-2» Олег Орлов проводит инструктаж для испытателя перед началом экспериментального вращения в «Юпитере-2»
Подготовка экспериментального оборудования и наложение датчиков на испытуемого перед началом вращения на современной центрифуге короткого радиуса ИМБП Подготовка экспериментального оборудования и наложение датчиков на испытуемого перед началом вращения на современной центрифуге короткого радиуса ИМБП
Впервые в исследованиях на центрифуге короткого радиуса женщины участвовали в рамках эксперимента «Луна-2015» Впервые в исследованиях на центрифуге короткого радиуса женщины участвовали в рамках эксперимента «Луна-2015»
Ход центрифуги нового поколения такой плавный, что человек в закрытой кабине не ощущает вращения Ход центрифуги нового поколения такой плавный, что человек в закрытой кабине не ощущает вращения

Искусственная гравитация — популярная тема научной фантастики. Но она давно уже вышла за рамки книг и фильмов, став практической задачей ученых. Технологии искусственной гравитации, создающие эффект силы притяжения, разрабатываются и исследуются в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН в интересах предстоящих полетов в дальний космос.

Чтобы лететь на Марс

Зачем создавать искусственную гравитацию? Ведь сейчас экипажи Международной космической станции обходятся привычными средствами профилактики, чтобы справиться с влиянием невесомости. Человек может нормально существовать, когда на весь его организм действует знакомая сила притяжения Земли. В условиях невесомости этого воздействия нет, что чревато возникновением проблем со здоровьем. И если мускулатуру и суставы можно поддерживать в тонусе, занимаясь на специальных тренажерах, то внутренние органы таким образом не натренируешь. Чтобы полет, например, на Марс не представлял чрезмерного риска для здоровья, необходимо разработать установку, которая создавала бы искусственную гравитацию на космическом корабле.

Эквивалентом земной гравитации может быть центробежная сила, возникающая благодаря равномерному вращению всего объекта или его части. Первым идею создания в невесомости искусственной силы тяжести центробежной силой предложил К. Э. Циолковский. Об этом говорится в его книге «Грезы о Земле и небе» (1895 г.) и повести «Вне Земли» (1920 г.). Идея ученого заключается в построении тороидальной (тор — гео­метрическая фигура, имеющая форму баранки или спасательного круга) космической станции, напоминающей велосипедное колесо. Если колесо вращается в пространстве вокруг своей оси, то инерция и центробежная сила могут создать своего рода искусственную гравитацию, которая прижмет предметы к внешней поверхности. Это позволит людям и роботам ходить по полу, как на Земле, а не плавать в воздухе, как на МКС. Однако этот способ подойдет скорее нашим потомкам, так как в нем много нерешенных фундаментальных вопросов.

Когда голова идет кругом

Наземные эксперименты проводились в ИМБП начиная с 1960-х годов. Они показали, что перемещение человека во вращающейся среде неизбежно приводит к возникновению в вестибулярном аппарате эффекта укачивания — вплоть до развития клинической формы болезни движения. И чем больше скорость вращения, тем сильнее воздействие на вестибулярный аппарат. В разные годы изучалось влияние на организм человека длительного (до одного месяца) пребывания во вращающихся системах.

Итак, сначала была создана медленно вращающаяся камера МВК-1. Она имела кабину цилиндрической формы с осью вращения, проходящей через центр пола. Привод установки обеспечивал равномерное вращение с угловой скоростью от 0.9 до 6 оборотов в минуту. Сравнительно небольшие размеры МВК-1 (площадь около 3 м²) были рассчитаны на двух испытателей в сидячем положении. Продолжительность непрерывного пребывания в ней ограничивалась одной неделей.

Позднее была введена в строй более совершенная установка «Орбита», смонтированная на центрифуге с плечом длиной 20 м. Здесь уже был жилой отсек на двух человек, обеспечивающий бытовые удобства и проведение исследований.

В 1989 г. в ИМБП появилась медленно вращающаяся наземная установка «Юпитер-2», где созданы условия для активного и достаточно комфортного пребывания одновременно двух испытателей. Установка представляет собой металлический цилиндр диаметром 4.6 м и высотой 2.2 м. Ось вращения проходит через центр кабины, скорость вращения может быть от 1 до 15 оборотов в минуту.

В настоящее время стенд «Юпитер-2» передан в дар Государственному музею истории космонавтики имени К. Э. Циолковского в Калуге, где он станет частью новой экспозиции, открытие которой запланировано к 60-летию полета Ю. А. Гагарина. А ИМБП вплотную занялся наиболее реальной сегодня концепцией, подразумевающей использование на борту орбитальной станции центрифуги короткого радиуса для создания кратковременных, но периодически повторяющихся гравитационных нагрузок.

Гравитационная терапия

В СССР первая полноценная наземная центрифуга короткого радиуса была зарегистрирована в 1978 г. Она имела одно плечо длиной до 2 м и была оборудована ложементом. Ось вращения проецировалась на уровне глаз, примерно на уровне переносья. Предусматривалось создание перегрузки «голова — ноги» на уровне стоп до 4g. Исследования проводились, когда человек находился в положении лежа только на спине. На ножном конце ложемента центрифуги располагался велоэргометр для физической тренировки во время вращения. Врачебный пульт был оснащен комплексом аппаратуры для оперативного медицинского контроля за состоянием испытуемого во время вращения.

В результате исследований был решен вопрос о направлении действия перегрузок при вращении на центрифуге короткого радиуса в невесомости, а именно направление должно быть вдоль продольной оси тела от головы к ногам. Только этот вектор действия перегрузок создает гидростатическое давление крови, аналогичное тому, что испытывает человек стоя на Земле, и исчезающее в невесомости. В модельных исследованиях была доказана принципиальная возможность эффективного применения искусственной гравитации в профилактических целях.

К проблеме искусственной гравитации с использованием центрифуги короткого радиуса вернулись уже в наши дни в связи с тематикой перспективных межпланетных полетов. Современный лабораторный стенд центрифуги был создан в РКК «Энергия» по заказу специалистов ИМБП. Он вобрал в себя как опыт отечественной школы, так и практику зарубежных коллег (центрифуги короткого радиуса есть в Германии, США, Японии, Франции и Китае. — Ред.). В 2014 г. на центрифуге ИМБП нового поколения прошли первые медицинские испытания с участием четырех мужчин (в возрасте от 30 до 34 лет) с перегрузками направления «голова — таз» до (1.5–2) g на уровне стоп. После испытаний была проведена практически полная модернизация стенда.

Читайте так же:
Можно ли пить в машине пассажирам

Лежа стоять на Земле

Центрифуга нового поколения была введена в эксплуатацию в 2015 г., но и сейчас стенд продолжает совершенствоваться. Например, ведутся работы по созданию в закрытой кабине элементов виртуальной реальности. То есть, находясь в ложементе, человек будет не только ощущать земную или, скажем, марсианскую «тяжесть в ногах», но и сможет видеть образы поверхности планеты, на которой он будто бы стоит.

Испытания на новой центрифуге короткого радиуса с участием мужчин проводились в 2014–2019 гг. В 2019 г. три человека находились 21 день в условиях «сухой» иммерсии и периодически подвергались вращению на центрифуге короткого радиуса. Первое вращение было на второй день после закладки в иммерсионную ванну, дальше — через два дня на третий. Всего было восемь вращений. В прошлом году был сделан вынужденный перерыв из-за пандемии коронавируса, но в наступившем 2021 г. серия экспериментов будет продолжена. Запланировано такое же исследование с участием еще двух испытателей.

Женщины давно стали полноправными членами экипажей МКС, и их участие в будущих межпланетных космических миссиях не вызывает вопросов. Поэтому и искусственную гравитацию представительницы прекрасного пола также испытывают на себе. Впервые в исследованиях на центрифуге короткого радиуса женщины (шестеро добровольцев) участвовали в рамках эксперимента «Луна-2015». Результаты вращения по тестовым режимам подтвердили возможность лучшей половины человечества переносить перегрузки вполне благоприятно, наряду с мужчинами. Но есть особенности реакций женского организма, которые не позволяют полностью экстраполировать результаты мужской группы на женщин.

Модуль с гравитацией

Исследования и экспериментальная отработка технологии трансформируемых (надувных) модулей с размещением в них бортовой центрифуги короткого радиуса проводились в РКК «Энергия» с 2012 по 2015 год. В результате были выбраны и сертифицированы материалы, изготовлены и отработаны фрагменты оболочки, создан и испытан масштабный макет модуля. Проведенный анализ показал принципиальную возможность создания надувного модуля средней размерности с центрифугой короткого радиуса. Такой модуль запускается в сложенном виде и должен развернуться после стыковки к станции. Аналогичный надувной модуль BEAM уже несколько лет испытывается в составе американского сегмента МКС.

«Вопрос, когда будет создаваться данный модуль, на сегодняшний день открыт, — подчеркнул Олег Орлов. — Вероятнее всего, он просматривается в конфигурации новой российской орбитальной станции. На этапе создания макета бортового варианта центрифуги короткого радиуса мы совместно с коллегами из РКК „Энергия“ должны отработать медико-технические требования и решить вопросы не только габаритов изделия для проектируемого модуля, эргономики эксплуатации, но и ряд других: например, энергопотребление, образование воздушных потоков при вращении и т. п.

Среди важных вопросов — динамические характеристики стенда: скорость и время вращения, допустимые скорости разгона и торможения. Возможная передача вибрации на корпус модуля — тоже важный вопрос. У наших конструкторов есть опыт создания независимых подвесок для динамических медицинских стендов (в первую очередь бегущей дорожки), который может быть полезен и в перспективной работе. Ограничения, накладываемые на конструкцию и эксплуатационные характеристики изделия особенностями конкретного модуля и условиями эксплуатации в составе космической станции, должны быть проработаны на этапе создания макета установки, а затем уже окончательно решены на этапе проектирования бортовой центрифуги».

Не вместо, а вместе

Специалисты ИМБП отмечают: не следует рассматривать центрифугу короткого радиуса в качестве универсального профилактического средства от всех возможных неблагоприятных проявлений невесомости.

В ИМБП идет разработка периодичности использования центрифуги короткого радиуса. Возможно, она будет применяться в ранние сроки космического полета, начиная буквально со 2–3-го дня пребывания в невесомости и до окончания миссии.

Сила притяжения искусства

Искусственная гравитация фигурирует во многих книгах, фильмах, сериалах, комиксах и компьютерных играх. Например, в фильме Стэнли Кубрика «2001: Космическая одиссея» и одноименном романе Артура Кларка вращающаяся центрифуга космического корабля Discovery создает искусственную гравитацию. Люди там могут ходить по изогнутому «полу», который постоянно вращается внутри внешней оболочки корабля.

В фильме «Интерстеллар», созданном режиссером Кристофером Ноланом, космическая станция и Endurance образуют искусственную гравитацию, вращаясь с определенной частотой, чтобы имитировать гравитацию, аналогичную земной.

В романе Энди Вейра «Марсианин» и одноименном фильме космический корабль «Гермес» намеренно создает искусственную гравитацию. В нем используется кольцевая структура, на периферии которой действуют силы, равные около 40 % силы тяжести Земли. Такая искусственная гравитация похожа по силе на марсианскую. В центре кольцевой конструкции отсутствие гравитации делает космонавтов практически невесомыми.

Во вселенной телесериала «Звездный путь» искусственная гравитация достигается за счет использования «гравитационной пластины», встроенной в палубу звездолета. А в телесериале «Вдали», премьера которого состоялась в прошлом году, искусственная сила тяжести есть только в каютах экипажа, которые вращаются вокруг основной части космического корабля, не имеющей гравитации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector