Перегрузки

При старте или приземлении космического корабля с экипажем космонавты испытывают, как правило, большие перегрузки. Очень заметные перегрузки испытывают пилоты военной сверхзвуковой авиации. Да и все мы время от времени испытываем, конечно, несравнимые с вышеназванными, перегрузки.

Можно проделать довольно простой опыт: прочно прикрепить к динамометру (безмену) какой-либо достаточно тяжелый предмет, например, килограммовую гирю, и резко поднять всю конструкцию. В этот момент динамометр покажет заметно большее значение, чем в неподвижном состоянии.

Для понимания происходящего рассмотрим следующую схему. Пусть в кабине условного лифта, в пол которого вделаны весы, находится тело массой m. Лифт покоится. Тогда сила тяжести, действующая на это тело, будет:

F _тяж g (27)

где: g - ускорение свободного падения (» 9,8 м/с²).

При этом тело будет давить на весы с силой _тяж. Силу , с которой тело действует на опору, называют весом тела.

В соответствии с третьим законом Ньютона весы будут действовать на тело с силой , а векторная сумма и равна 0 (рис.9). Складывая уравнения _тяж и , получаем _тяж или

. (28)

Рис.9 Соотношение сил, действующих на тело при отсутствии ускорения, ( =0 или = const)

Так как не существует принципиальной разницы между покоем и прямолинейным равномерным движение (см.п. 5.1), формула (28) верна и для случаев равномерного движения лифта вверх или вниз.

Если лифт начнет подниматься с ускорением (рис.10), направленным против силы тяжести, вверх (скорость увеличивается), то и тело в лифте будет двигаться с таким же ускорением. Тогда . Или учитывая, что векторы . и направлены вдоль одной прямой, но в противоположные стороны, можно использовать скалярную запись:

. (29)

Из формулы (29) следует:

, (30)

Но при этом и тело будет давить на весы силой большей ( > ), т. е. вес тела увеличится, следовательно, тело будет находиться в состоянии перегрузки.

Рис. 10 Соотношение сил, действующих на тело в лифте, движущемся равноускоренно вверх

Пусть теперь скорость лифта направлена вниз, но её абсолютное значение уменьшается (рис. 11). Следовательно, вектор ускорения и в этом случае направлен вверх, а формулы, описывающие соотношение сил полностью совпадают с формулами (28 - 30).

Таким образом, вновь возникает перегрузка. Следовательно, перегрузка возникает в тех случаях, когда тело, не зависимо от направления его скорости (вверх, вниз, вбок и т.д.), движется с ускорением, направленным против силы тяжести.

Рис.11 Соотношение сил, действующих в лифте, движущимся равнозамедленно вниз

Этим объясняется тот факт, что космонавты испытывают перегрузки не только при старте корабля, но и при его торможении во время спуска с орбиты.

Численное значение перегрузки также определяется численным значением ускорения (при его соответствующем направлении). Из формулы (30) следует, что при , вес тела удваивается, а при , возрастает втрое и т.д.

А теперь предположим, что космонавт находится в области пространства столь удаленной от любых крупных небесных тел (звезд, планет), что гравитационным взаимодействием с ними можно пренебречь. Но при этом космический корабль движется с ускорением . Тогда по (30) получается:

. (31)

Таким образом, опора действует на космонавта с некоторой силой, а он с такой же по численному значению силой действует на опору, т.е. возникает так называемая «искусственная тяжесть» или, по-другому, - искусственный вес. А в силу принципа эквивалентности (см. п.7.2.) субъективные ощущения, вызываемые неинерциальностью системы, и -действием гравитации, будут практически одинаковыми.

Дата добавления: 2014-12-27