Bir cismin ağırlıksız hale gelebilmesi için hangi hızla düşmesi gerekir?
- Konbuyu başlatan Firfilika
- Başlangıç tarihi
Çözüm
Ağırlıksızlığı deneyimleyeceğiniz bir hız yoktur; Ağırlıksız kalmak için sürekli daha hızlı hareket etmeniz gerekir.
Bizim Dünya perspektifimize göre her şey aşağı doğru yaklaşık 9,8 metre/sn^2 (32 ft/sn^2) hızla hızlanır. Ağırlıksızlık, ister bir kayadan atladığınız için ister yörüngede olduğunuz için (gezegeni ıskalamaya devam edecek kadar hızlı ilerlerken düşen bir durum) tam olarak bu hızda hızlandığınızda meydana gelen şeydir. Yer çekiminin izin verdiği ölçüde aşağı doğru hızlandığınız sürece serbest düşüştesiniz ve ağırlıksızlığı deneyimleyeceksiniz.
Ama bu oldukça zor. Bir paraşütçü serbest düşüşle başlar ve birkaç saniye boyunca ağırlıksız hisseder, ancak vücutlarındaki rüzgar direnci (veya "sürükleme") hızla büyür, hızlanmalarını azaltır ve sonunda hiç hızlanmayana kadar görünen ağırlıklarını artırır. Biz buna "son hız" diyoruz ve bu hız genellikle kartal açık pozisyonda saniyede 53 metre (saatte 120 mil) civarındadır, ya da kafa kafaya dalışta bunun neredeyse iki katıdır. Bu noktada artık ağırlıksız değillerdir; vücutları sanki yatağa yüzüstü yatıyormuş gibi aynı ağırlığı yaşıyor, sadece çok daha fazla rüzgar var.
Yine de bunu çalıştırmanın yolları var. Ünlü "Kusma Kuyruklu Yıldızı" uçağı, onları yavaşlatmaya çalışan sürtünmeye rağmen kısa bir süre için mükemmel ivmeyi korumalarına olanak tanıyan bir yay çizerek uçmak üzere tasarlanmıştır ve kabin içinde yolcular sanki ağırlıksızmış gibi havada süzülebilirler. . (Bu isim, vücutları bu duygunun uzun süre sürmesine alışkın olmadığı için, ağırlıksızlığın çoğu zaman insanları ilk başta hasta hissettirmesinden kaynaklanmaktadır.)
Eğer hava olmasaydı ve kendinizi yüzeyin kilometrelerce yukarısında kusursuz bir şekilde durdursaydınız, aşağıya doğru tamamen ağırlıksız olurdunuz, inanılmaz bir hızla yere çarpıp oldukça uzak bir mesafeyi terk edinceye kadar sınırsız bir şekilde daha hızlı olurdunuz. arkasında krater.
Bizim Dünya perspektifimize göre her şey aşağı doğru yaklaşık 9,8 metre/sn^2 (32 ft/sn^2) hızla hızlanır. Ağırlıksızlık, ister bir kayadan atladığınız için ister yörüngede olduğunuz için (gezegeni ıskalamaya devam edecek kadar hızlı ilerlerken düşen bir durum) tam olarak bu hızda hızlandığınızda meydana gelen şeydir. Yer çekiminin izin verdiği ölçüde aşağı doğru hızlandığınız sürece serbest düşüştesiniz ve ağırlıksızlığı deneyimleyeceksiniz.
Ama bu oldukça zor. Bir paraşütçü serbest düşüşle başlar ve birkaç saniye boyunca ağırlıksız hisseder, ancak vücutlarındaki rüzgar direnci (veya "sürükleme") hızla büyür, hızlanmalarını azaltır ve sonunda hiç hızlanmayana kadar görünen ağırlıklarını artırır. Biz buna "son hız" diyoruz ve bu hız genellikle kartal açık pozisyonda saniyede 53 metre (saatte 120 mil) civarındadır, ya da kafa kafaya dalışta bunun neredeyse iki katıdır. Bu noktada artık ağırlıksız değillerdir; vücutları sanki yatağa yüzüstü yatıyormuş gibi aynı ağırlığı yaşıyor, sadece çok daha fazla rüzgar var.
Yine de bunu çalıştırmanın yolları var. Ünlü "Kusma Kuyruklu Yıldızı" uçağı, onları yavaşlatmaya çalışan sürtünmeye rağmen kısa bir süre için mükemmel ivmeyi korumalarına olanak tanıyan bir yay çizerek uçmak üzere tasarlanmıştır ve kabin içinde yolcular sanki ağırlıksızmış gibi havada süzülebilirler. . (Bu isim, vücutları bu duygunun uzun süre sürmesine alışkın olmadığı için, ağırlıksızlığın çoğu zaman insanları ilk başta hasta hissettirmesinden kaynaklanmaktadır.)
Eğer hava olmasaydı ve kendinizi yüzeyin kilometrelerce yukarısında kusursuz bir şekilde durdursaydınız, aşağıya doğru tamamen ağırlıksız olurdunuz, inanılmaz bir hızla yere çarpıp oldukça uzak bir mesafeyi terk edinceye kadar sınırsız bir şekilde daha hızlı olurdunuz. arkasında krater.
Genel olarak, üzerinize elektromanyetik bir kuvvet etki etmedikçe ağırlıksızsınız. (Hava veya yer gibi diğer maddelerle "temas" dediğimiz şey, elektron kabuklarının elektromanyetik etkileşimidir. Sorunuzda bir boşluk olduğunu varsaymanızın nedeni budur. Dünya üzerinde elektrostatik veya manyetik olarak yükselen bir cisim de ağırlık hisseder.)
Bu, "uzayda süzülen" gezegenlerden ve yıldızlardan uzakta olduğunuzda daha açık ve beklenen bir durumdur; Her ne kadar galaksilerden ve yıldızlardan gelen çekim kuvveti hâlâ mevcut olsa da, referans noktalarının uzaklığı nedeniyle bunu hissetmez ve hiçbir hareketi çıplak duyularımızla algılamayız.
Ancak bu, Dünya'ya yakın yerler için de aynı derecede doğrudur, örneğin ISS'de (bazı kısımları diğerlerinden daha fazla çeken homojen olmayan bir yerçekimi alanından kaynaklanan gelgit kuvvetleri). Her iki durumda da - uzakta veya yakında - kavisli uzay-zamandaki düz bir çizgiye eşdeğer olan bir jeodezik izlersiniz . Çizgi "düzdür" çünkü üzerinize hiçbir kuvvet etki etmemektedir (ve yerçekimi, uzay-zaman eğriliği olarak modellenmiştir).
Bir bakıma bu, "hızlanma" kavramını tersine çevirir çünkü bir jeodezik takip edilirken kişinin "sakin" olduğu iddia edilebilir; tam tersine, biz Dünya üzerinde durduğumuzda, yer bizi sürekli "doğal yolumuzdan" iter, dilerseniz hızlandırır. Einstein'ın asansör Gedanken deneyinin anlamı budur . Asansör gibi bir kara kutunun içinde hareketsiz durduğunuzda hızlandığınızı hissedersiniz (ve göreceli anlamda) ancak dışarıya doğru ivmeli bir hareket gibi görünen bir şekilde serbest düşüş yaptığınızda hareketsiz durduğunuzu hissedersiniz (ve göreceli anlamda öylesinizdir) gözlemci.
Bu, "uzayda süzülen" gezegenlerden ve yıldızlardan uzakta olduğunuzda daha açık ve beklenen bir durumdur; Her ne kadar galaksilerden ve yıldızlardan gelen çekim kuvveti hâlâ mevcut olsa da, referans noktalarının uzaklığı nedeniyle bunu hissetmez ve hiçbir hareketi çıplak duyularımızla algılamayız.
Ancak bu, Dünya'ya yakın yerler için de aynı derecede doğrudur, örneğin ISS'de (bazı kısımları diğerlerinden daha fazla çeken homojen olmayan bir yerçekimi alanından kaynaklanan gelgit kuvvetleri). Her iki durumda da - uzakta veya yakında - kavisli uzay-zamandaki düz bir çizgiye eşdeğer olan bir jeodezik izlersiniz . Çizgi "düzdür" çünkü üzerinize hiçbir kuvvet etki etmemektedir (ve yerçekimi, uzay-zaman eğriliği olarak modellenmiştir).
Bir bakıma bu, "hızlanma" kavramını tersine çevirir çünkü bir jeodezik takip edilirken kişinin "sakin" olduğu iddia edilebilir; tam tersine, biz Dünya üzerinde durduğumuzda, yer bizi sürekli "doğal yolumuzdan" iter, dilerseniz hızlandırır. Einstein'ın asansör Gedanken deneyinin anlamı budur . Asansör gibi bir kara kutunun içinde hareketsiz durduğunuzda hızlandığınızı hissedersiniz (ve göreceli anlamda) ancak dışarıya doğru ivmeli bir hareket gibi görünen bir şekilde serbest düşüş yaptığınızda hareketsiz durduğunuzu hissedersiniz (ve göreceli anlamda öylesinizdir) gözlemci.