Парадокси штучної тяжкості

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Як відомо, під час польоту космічного корабля з вимкненими двигунами всі предмети, що знаходяться всередині нього, перебувають у стані невагомості. У майбутньому, коли тривалість космічних польотів зросте до багатьох тижнів і навіть місяців, стан невагомості стане заподіювати космонавтам значні незручності. Тому в міжпланетних кораблях, призначених для тривалих польотів, доведеться створювати штучну тяжкість.

У деяких науково-фантастичних творах «проблема вагомості» вирішується за допомогою магнітних черевиків, які «прилипаючи» до підлоги, дозволяють космонавту пересуватися по кораблю звичним, земним способом. Але такий метод створення штучної тяжкості не можна визнати вдалим. Адже він робить «вагомими» тільки підошви на черевиках космонавтів. Самі ж космонавти залишаються при цьому як і раніше позбавлені ваги (як і всі предмети всередині космічного корабля).

Існує інший спосіб створення штучної ваги – за допомогою обертання космічного корабля навколо однієї з його осей. Виникаюча при цьому відцентрова сила притискає всі предмети, що знаходяться всередині космічного корабля, до «підлоги» – у них з’являється вага. Голова космонавта тепер буде тиснути на його шию, а верхня частина тулуба – на нижню: космонавт буде відчувати звичне відчуття тяжкості, яке він відчуває в земних умовах. (Зрозуміло, для того, щоб штучна тяжкість була такою ж, як природна, швидкість обертання корабля повинна мати потрібну величину.)

Отже, якщо міжпланетний корабель буде обертатися з певною швидкістю, то всі, наявні в ньому предмети стануть «вагомими». Чи буде ця штучна вага в усіх відношеннях подібна до природної? Виявляється, ні.

Перш за все штучна вага буде змінюватися зі зміною «висоти»: вона буде тим менше, чим ближче буде розташований предмет до осі обертання корабля, так як відцентрова сила, що діє на тіло, пропорційна радіусу обертання.

Якщо внутрішні розміри корабля будуть досить великі в порівнянні з ростом людини, пасажири космічного корабля майже не помітять зміни ваги з висотою. Значно цікавіше інша особливість штучної ваги.

Нехай всередині обертового космічного корабля стоїть людина і тримає в руках якийсь предмет, наприклад, кулю. Як буде падати ця куля, якщо людина випустить її з рук? Виявляється, куля впаде неточно біля ніг космонавта, а трохи осторонь. Відбувається це тому, що «підлога» обертового космічного корабля йде убік з-під падаючої кулі. Розрахунки показують, що при певних умовах куля може впасти навіть на «стіну» або «стелю» космічного корабля.

Такими є деякі парадокси штучної тяжкості, з якими зіткнуться пасажири майбутніх космічних лайнерів.

Автор: Б. Коган.