Întrebări la întrebări. Cum se comporta clepsidra in gravitate zero? Hourglass - pagina №1 / 1
1. Cum se comporta clepsidra in gravitate zero?
Clopoțeta este cel mai simplu dispozitiv pentru numărarea intervalelor de timp constând din două vase conectate printr-un gât îngust, dintre care unul este parțial umplut cu nisip. Timpul pentru care nisipul prin gât este turnat într-un alt vas, poate varia de la câteva secunde până la câteva ore.
Spectacolul de clepsidră era cunoscut în antichitate. În Europa au devenit răspândite în Evul Mediu. Una dintre cele mai vechi referiri la un astfel de ceas este mesajul găsit în Paris, care conține o indicație pentru prepararea nisipului fin din pulberea de marmură neagră, fiert în vin și uscat la soare. Navele au folosit o clepsidră de patru ore (ora unui ceas) și 30 de secunde pentru a determina viteza navei de-a lungul decalajului.
În prezent, clepsidra este utilizată numai pentru anumite proceduri medicale, în fotografie, dar și ca suveniruri.
Precizia clepsidrației depinde de calitatea nisipului. Flacoanele s-au umplut cu un strat de cimentat și s-au cernut printr-o sită fină și s-au uscat cu grijă nisip fin. Ca materie primă, s-au folosit, de asemenea, praf de zinc și plumb.
Precizia cursei depinde, de asemenea, de forma baloanelor, de calitatea suprafețelor, de granulația uniformă și de fluiditatea nisipului. Cu o utilizare prelungită, precizia clepsidră se deteriorează datorită deteriorării nisipului pe suprafața interioară a bulbului, o creștere a diametrului deschiderii în diafragmă între baloane și zdrobirea granulelor de nisip în cele mai mici.
În greutate, o clepsidră, precum și un ceas cu un pendul. nu va funcționa. De ce? Deoarece se balansează pe forța gravitației, pendulul nu se va balansa, iar granulele de nisip nu vor cădea, deoarece în spațiu nu există nici o gravitate.
2. Cum să măsurați masa unui corp în spațiu?
Deci știm că masa este o cantitate fizică fundamentală care determină proprietățile fizice inerțiale și gravitaționale ale corpului. Din punctul de vedere al teoriei relativității, masa unui corp m caracterizează energia de odihnă, care, conform ecuației lui Einstein, este locul unde - viteza luminii.
În teoria noutoniană a gravitației, masa servește ca sursă a forței gravitației universale, care atrage toate corpurile una față de cealaltă. Forța cu care corpul de masă atrage un corp cu masă este determinat de legea gravitației lui Newton:
sau să fie mai precis. , unde este vectorul
Proprietățile inerțiale ale masei în mecanica nerelativistă (newtoniană) sunt determinate de relație. Din ceea ce sa spus mai sus, pot fi obținute cel puțin trei metode de determinare a greutății corporale în greutate.
Este posibil să anihilați (transferați întreaga masă în energie) corpul supus anchetei și să măsurați energia eliberată - conform raportului lui Einstein, pentru a obține un răspuns. (Potrivit pentru corpuri foarte mici - de exemplu, astfel încât să puteți cunoaște masa unui electron). Dar o astfel de decizie nu ar trebui să fie oferită chiar de un teoretician rău. Când un kilogram de masă este anihilat, se produc 2,17 17 jouli de căldură sub formă de radiații gamma tare
Folosind corpul de testare, măsurați forța de atracție care o acționează din partea obiectului studiat și, cunoscând distanța în funcție de relația lui Newton, găsiți masa (un analog al experimentului Cavendish). Acesta este un experiment complex care necesită o tehnică fină și un echipament sensibil, dar în această dimensiune (activă) a unei mase gravitaționale de ordinul unui kilogram sau mai mult, cu o precizie destul de decentă, nimic nu este imposibil astăzi. Este doar o experiență serioasă și delicată, pe care trebuie să o pregătiți înainte de începerea navei. În laboratoarele terestre legea lui Newton este verificată cu precizie perfectă pentru masele relativ mici în intervalul de la un centimetru până la aproximativ 10 metri.
Acționați asupra corpului cu o anumită forță cunoscută (de exemplu, atașați un dinamometru corpului) și măsurați accelerația acestuia, iar cu raportul găsiți masa corpului (adecvat pentru corpurile de dimensiune intermediară).
Putem folosi legea conservării impulsului. Pentru aceasta este necesar să avem un corp de masă cunoscută și să măsuram vitezele corpurilor înainte și după interacțiune.
Cel mai bun mod de a cântări un corp este de a măsura / compara masa inertă. Și această metodă este foarte des folosită în măsurătorile fizice (și nu numai în lipsa de greutate). După cum vă amintiți probabil din experiența personală și din cursul fizicii, greutatea atașată la izvor variază cu o anumită frecvență: = (k / m) 1/2. unde k - rigiditatea arcului, m - greutatea greutății. Astfel, prin măsurarea frecvenței de oscilație a greutății pe arc, este posibilă determinarea masei cu precizia necesară. Și este complet indiferent, există zero gravitate, sau nu este. În greutate, este convenabil să fixați suportul pentru masa măsurată între două arcuri întinse în direcția opusă. (Puteți determina pentru distracție cum sensibilitatea echilibrului depinde de pretensionarea arcurilor).
În viața reală, asemenea scale sunt folosite pentru a determina umiditatea și concentrația anumitor gaze. Ca primăvară se utilizează un cristal piezoelectric, a cărui frecvență naturală este determinată de rigiditatea și masa sa. Cristalul este acoperit cu o acoperire care absoarbe selectiv umezeala (sau anumite molecule de gaz sau lichid). Concentrația moleculelor capturate de acoperire este într-un anumit echilibru cu concentrația lor în gaz. Moleculele captate de acoperire modifică ușor masa cristalului și, prin urmare, frecvența oscilațiilor sale naturale, care este determinată de circuitul electronic (amintiți-vă, am spus că cristalul este piezoelectric). Aceste "scale" sunt foarte sensibile și permit determinarea unor concentrații foarte mici de vapori de apă sau alte gaze în aer.
Da, dacă se întâmplă să fie în cădere liberă, amintiți-vă că lipsa de greutate, aceasta nu înseamnă absența masei în cazul lovirii bord vânătăi nava spatiala si umflaturi sunt :) foarte reale.
Care este diferența dintre un ciocan folosit pe o stație spațială orbitală de un ciocan obișnuit?
În spațiu, nu este atât de dificil, dar este aproape imposibil să folosiți un ciocan convențional. Acest lucru se întâmplă deoarece avem condiții gravitaționale diferite pe pământ și în spațiu. De exemplu: există un vid în spațiu, nu există greutate în spațiu, adică toate sunt aceleași, nu contează dacă sunteți un buton sau o stație spațială.
În spațiu nu există niciun concept de început și de jos pentru că nici un punct de referință în raport cu care se poate spune că ori de câte ori el de sus și de jos a opus, desigur, este posibil ca această valoare de referință pentru a lua planeta, cum ar fi soarele, dar nu este acceptat în mod oficial, cred că nu există nici în sus și în jos.
Construcția ciocanului pe teren se bazează pe principiul obținerii unei mai mari energii cinetice, adică cu cât este mai mare viteza oscilațiilor și masa ciocanului însuși, cu atât impactul este mai puternic.
Pe teren, lucrăm cu un ciocan care utilizează un punct de sprijin care este podeaua, podeaua este ținută pe pământ, iar solul este fundul, totul este tras în jos. În spațiu, nu există nici un punct de sprijin, nu există nici un fund, și toate au o greutate zero, atunci când un astronaut va lovi cu un ciocan, se va arata ca ciocnirea a două corpuri, care au energia cinetică, un astronaut doar începe să se transforme dintr-o parte în alta, și de aceea el a lovit, zbura departe deoparte, pentru că ei înșiși nu sunt "legați" de nimic. Pe aceasta aveți nevoie pentru a lucra cu un ciocan în legătură cu ceva, cum ar fi un ciocan poate fi atașat la corp ca de ce este necesar pentru a lovi, astfel încât ar fi ciocanul nu a fost singur, și a avut un loc unde să stea.
Pentru a lucra în spațiu, specialiștii sovietici au inventat un ciocan special. În plus - acest ciocan a intrat în vânzare în 1977. O puteți învăța printr-un mâner convenabil. Pentru a vă asigura în final că ciocanul este "cosmic", trebuie să loviți suprafața. Spre deosebire de ciocanele convenționale, acesta nu revine după impact. Partea sa de soc este goală, iar bilele metalice sunt turnate în cavitate. În momentul impactului, bilele inferioare se grăbesc în sus, iar bilele superioare continuă să se deplaseze în jos. Frecarea între ele disipează energia de recul. Puteți folosi principiul presei, care funcționează perfect în greutate, deoarece folosește forța, presa funcționează în raport cu cadrul pe care sunt fixate cilindrii. Cadrul trebuie să fie fixat pe corpul obiectului, care trebuie lovit. Iată ce se întâmplă: "Hammer", care acționează ca o presă, este fixat pe corpul navei spațiale. Dacă utilizați un astfel de ciocan, puteți ciocni sau prindeți orice cui sau nit.
Care este diferența dintre procesul de înghețare a apei pe Pământ și în orbita spațială?
Uită-te la diagrama de fază a apei. Punctul de fierbere al lichidelor depinde de presiunea externă. La temperatura camerei, apa se fierbe, dacă presiunea este redusă la aproximativ 0,07 atm. Adică, dacă temperatura apei este loc, atunci la 0.07 atm apa începe să fiarbă. În acest caz, moleculele de apă cu cel mai mare transfer de energie către starea de vapori. Din această cauză, temperatura apei scade. În cazul în care presiunea este menținută constantă, apa va răci la final la o temperatură când se oprește fierberea.
Cu toate acestea, dacă presiunea este sub 610 Pa (presiunea punctului triplu de apă), atunci apa nu poate fi în stare lichidă - fie gheață, fie abur. Prin urmare, la presiuni foarte scăzute, cea mai mare parte a apei se evaporă, iar apa rămasă se transformă în gheață. De exemplu (vezi schema de fază) la o presiune de 100 Pa, interfața dintre gheață și abur trece la aproximativ 250K. Aici trebuie să ne uităm la legea distribuirii moleculelor peste viteze. Să presupunem din lanternă că 5% dintre cele mai lente molecule de apă au o temperatură medie de 250K. Prin urmare, la o presiune de 100 Pa, 95% din apă se va evapora și 5% vor deveni gheață, iar temperatura acestui gheață va fi de 250 K.
Aceste argumente, desigur, nu țin cont de toate subtilitățile cum ar fi energia ascunsă a tranzițiilor de fază, redistribuirea moleculelor în termeni de viteze în timpul răcirii, dar cred că descriu calitativ procesul corect.
În spațiu, presiunea este mult mai mică, dar nu egală cu zero. Și curba de separare a vaporilor de gheață din diagrama de faze trece în punctul (T = 0; P = 0) pe măsură ce presiunea scade. Adică, pentru orice presiune arbitrar mică (dar nonzero), temperatura de sublimare a gheții este nenuloasă. Aceasta înseamnă că marea majoritate a apei se va evapora, dar un fel de parte microscopică a acesteia se va transforma în gheață.
Există încă un nuanț. Cosmosul este pătruns de radiație cu o temperatură de aproximativ 3 K. Aceasta înseamnă că nu va fi posibil să se răcească sub 3 K apă (gheață). Prin urmare, rezultatul procesului depinde de presiunea de sublimare a gheții la o temperatură de 3 K. Deoarece granița de sublimare tinde să atingă zero, de-a lungul unei exponențe foarte abrupte
P = A exp (-k / T), unde A este de ordinul lui 10 ^ 11 Pa și k este de aproximativ 5200,
atunci presiunea de sublimare la 3 K este exponențial de mică, deci apa trebuie să se evaporă tot (sau gheața pentru a sublima toate, dacă doriți).
