header image

 
 

Preťaženie a beztiaž

Prvýkrát publikované na slovenskej Wikipédii v článkoch Beztiažový stav, Mikrogravitácia a Preťaženie. Autor: Jana Plauchová ako Eryn Blaireová. Spoluautori: Wizzard (zakladateľ článkov Beztiažový stav a Preťaženie, časť textu), IP 78.99.34.185 (oprava pravopisu v článku Preťaženie)

Text je dostupný pod Creative Commons Attribution-ShareAlike License 3.0 a GFDL.


Astronauti na Medzinárodnej vesmírnej stanici v bezváhovom stave

Kvapaliny nadobúdajú v stave beztiaže tvar gule. Na snímke je astronaut Clayton Anderson.

Lietadlo NASA pripravujúce sa na manéver, ktorý na krátku chvíľu pre posádku vyvoláva stav beztiaže

Beztiažový stav

Beztiažový stav, bezváhový stav alebo stav beztiaže je stav, pri ktorom na organizmy alebo predmety nepôsobí žiadna tiaž, ktorá je inak vyvolaná gravitačným pôsobením napríklad planét alebo hviezd; alebo odstredivou silou vyvolanou rotáciou telesa, v ktorom sa organizmy alebo predmety nachádzajú. Keďže gravitácia má nekonečný dosah, nedá sa natoľko vzdialiť od všetkých hmotných telies, aby gravitácia vôbec nebola prítomná. Bezváhový stav v reáli vzniká ako rovnováha dvoch síl, napríklad počas kozmického letu.

Beztiažový stav sa nachádza napríklad na obežnej dráhe okolo Zeme alebo iných kozmických telies alebo počas voľného pádu v prostredí, ktoré nekladie nijaký odpor. Keďže takýto stav nie je v reálnom živote dosiahnuteľný, na padajúce teleso pôsobí mikrogravitácia. Ani na obežnej dráhe nie je možné dosiahnuť absolútny bezváhový stav, iba mikrogravitáciu.

Živé organizmy v beztiažovom stave

Bezváhový stav spôsobuje krátkodobé aj dlhodobé fyziologické zmeny v živých organizmoch. U stavovcov čiže aj u človeka sa v rovnovážno-polohovom centre v mozgu začnú voľne pohybovať otolity, ktoré na Zemi tlačia na zmyslové bunky a tým udávajú smer tiaže. V bezváhovom stave však otolity začnú dráždiť zmyslové bunky náhodne, čo má za následok morskú chorobu, ďalej pocity tupého tlaku v hlave, prípadne žalúdočnú nevoľnosť. Po nejakom čase (niekoľkých hodinách až dňoch) sa však rovnovážno-polohový aparát adaptuje na stav beztiaže a nepríjemné príznaky sa stratia.

Medzi trvalejšie efekty patria redistribúcia kvapalín vo vnútri tela, hormonálne zmeny, ochabovanie svalstva a vyplavovanie vápniku z tela. Redistribúcia kvapalín vo vnútri tela znamená, že krv sa nahrnie do hornej polovice tela, keďže srdce je zvyknuté, že ju musí pumpovať proti tiaži. To spôsobí u astronautov sčervenanie až opuchnutie tváre. V priebehu niekoľkých dní až týždňov sa však cievy adaptujú a objem krvi sa zmenší. Intenzívne telesné cvičenia spojené s podtlakovým zariadením pre dolnú polovicu tela tieto nepriaznivé účinky zmenšujú a zabraňujú tiež atrofovaniu svalstva. Zmenšovanie svalovej hmoty je spôsobené predovšetkým zníženou fyzickou námahou, nízkou úrovňou fyzického zaťaženia pri práci a obmedzeným pohybom v kozmickej lodi.

Mikrogravitácia

Porovnanie tvaru plameňa sviečky, vľavo na Zemi, vpravo v mikrogravitácii

Mikrogravitácia (z gréckeho mikros = malý) je malá až zanedbateľná gravitácia. Niekedy sa stotožňuje s bezváhovým stavom. Obvykle sa pod pojmom mikrogravitácia rozumie zrýchlenie od približne 0,01 g až po niekoľko milióntin g. Normálne priemerné gravitačné zrýchlenie na Zemi je približne 9,8 m/s2, čiže 1 g.

Mikrogravitáciu v okolí Zeme je možné dosiahnuť pomocou voľného pádu. Keby teleso voľne padalo na Zem v prostredí bez atmosféry, počas pádu by sa nachádzalo v dokonalom bezváhovom stave. Nakoľko Zem obklopuje atmosféra, ktorá kladie každému padajúcemu telesu odpor, v skutočnosti sa teleso padajúce voľným pádom môže nachádzať len v stave mikrogravitácie. V zemskej atmosfére sa mikrogravitácia môže dosiahnuť napríklad na palube lietadla lietajúceho po balistickej dráhe. Takto dosiahnutá mikrogravitácia je však pomerne veľká (okolo 0,01 g) a môže fungovať len veľmi krátky čas (cca 30 sekúnd, potom musí lietadlo opäť začať stúpať). Najefektívnejšie z hľadiska výskumu mikrogravitácie je dosiahnuť mikrogravitáciu na palube nejakého telesa na obežnej dráhe okolo Zeme. Na tento účel boli vyvinuté orbitálne laboratóriá, napríklad Skylab, Saľut, Spacelab a Spacehab. Teleso obiehajúce okolo Zeme sa nachádza v stave tzv. dynamickom stave beztiaže. To znamená, že gravitačné a odstredivé sily sú vyrovnané. Dokonalý bezváhový stav však nie je možné v reáli dosiahnuť, pretože na vesmírnu loď alebo stanicu pôsobia rôzne ďalšie faktory – odpor atmosféry, jeho rotácia, manévrovanie, tlak slnečného žiarenia, pohyby posádky a nákladu. Namiesto bezváhového stavu je teda vesmírna loď alebo orbitálna stanica v stave mikrogravitácie.

V mikrogravitácii sa študujú vlastnosti látok, chemických, fyzikálnych a biologických procesov (napr. voda nadobúda v mikrogravitácii guľový tvar, takisto aj plameň), fyziológia človeka a vyrábajú sa látky, ktoré na povrchu Zeme nie je možné vyrobiť, napríklad väčšie a kvalitnejšie polovodičové kryštály.

Preťaženie

Preťaženie je silové pôsobenie na teleso alebo organizmus, ktoré je väčšie ako tiaž. Vzniká pri zrýchlenom pohybe telesa, napríklad pri štarte rakety, alebo pri pristávaní kozmickej lode na Zemi. Miera preťaženia sa vyjadruje v násobkoch zemskej tiaže a označuje sa písmenom g. Účinky preťaženia na živý organizmus sa skúmajú na centrifúgach.

Ak je ťah motoru štartujúcej rakety konštantný, zrýchlenie a teda aj preťaženie je prirodzeným dôsledkom toho, že raketa spaľovaním svojho paliva stráca svoju hmotnosť. Pri pristávaní je zase preťaženie dôsledkom straty rýchlosti trením o molekuly vzduchu. Pri štartoch rakiet s posádkou vzniká na niekoľko sekúnd preťaženie až 6 g, pri pristávaní po balistickej dráhe až 10 g.

Hlavné fyziologické dôsledky preťaženia na ľudský (ale aj iný živý organizmus) sú sťaženie pohybov tela a nepriaznivé prelievanie krvi. Niektoré časti tela sa prekrvujú, iné naopak odkrvujú. Prílišné odkrvenie mozgu spôsobí najprv dočasnú stratu videnia, potom bezvedomie až smrť. Preto je nežiaduce, aby pri pilotovaných kozmických letoch nastávalo prílišné preťaženie. Dlhodobé preťaženie pri štarte letu s ľudskou posádkou nesmie prekročiť 6 – 8 g. Pri nepilotovaných letoch je táto hranica 10 – 12 g, pri väčších zrýchleniach by totiž už mohlo dôjsť k poškodeniu a deformáciám nákladu. Tomu je prispôsobená aj dráha, orientácia a ťah motorov nosnej rakety či kozmickej lode.

Odolnosť ľudského organizmu voči preťaženiu môže ovplyvniť aj dobrá fyzická kondícia, vhodná poloha kozmonauta v lodi, dĺžka jeho predchádzajúceho pobytu v stave beztiaže, rýchlosť narastania preťaženia, okolitá teplota a obsah kyslíka v kabíne lode. Pri stredne veľkom preťažení (niekoľko g) sa ľudské telo na preťaženie adaptuje a asi po 10 sekundách jeho odolnosť vzrastá.

Najlepšie človek znáša preťaženie v smere hruď – chrbát, kde je schopný vydržať niekoľko desiatok sekúnd 15 až 20 g. Najmenšiu odolnosť má človek proti preťaženiu pôsobiacemu v smere nohy – hlava (tzv. negatívne preťaženie), pretože nastáva poškodenie ciev v mozgu. Všeobecne platí, čím kratšie preťaženie pôsobí, tým väčšie hodnoty preťaženia je ľudský organizmus schopný znášať. Na krátky časový okamih trvajúci len 0,1 sekundy vydrží ľudské telo preťaženie až 83 g. Naopak pri dlhšom, rádovo tisíce sekúnd trvajúcom preťažení znesie ľudský organizmus len približne 2 g a aj to len v optimálnej polohe.

Zdroje

  • Petr Láta, Antonín Vítek. Malá encyklopedie kosmonautiky. [s.l.] : Mladá fronta, Praha, 1982. S. 68-69.
  • Bedřich Růžička, Lubomír Popelínský. Rakety a Kosmodromy. [s.l.] : Naše vojsko, Praha, 1986.

Mohlo by vás zaujímať



Wikipédia


Napísať odpoveď

Povolené XHTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Vymazané budú komentáre, ktoré obsahujú spam, nadávky alebo osobné útoky, porušujú zásady slušného správania, vôbec nesúvisia s témou či s komentármi pod ňou, alebo sú presnou kópiou nejakého z predošlých komentárov.

Hodnotu píšte ako číslo, nie slovom * Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.

Komentárov: 12     Upozornenia: 0

Autor alamo Pi jún 1st 2018 at 11:33 am  

Ahoj..
Mám otázku z fyziky, týka sa gravitácie, a nikde na ňu neviem nájsť odpoveď..
Nech sa pozriem kde chcem, do akýchkoľvek zdrojov ktoré som schopný dohľadať. Všade sa o gravitácii tvrdí že je to fyzikálna syla s „neobmedzeným dosahom“.
Malo by to znamenať že gravitačné pole akéhokoľvek „závažia“ aj keby vázilo hoci len jeden kilogram, aj keď bude postupne s rastúcou vzdialenosťou od „závažia“ slabnúť, nikdy neklesne na nulu, ani „nekonečne“ ďaleko..
Všade sa to tvrdí, ale akosi neviem nájsť zdôvodnenie pre toto tvrdenie. Nejakú odpoveď na otázku „prečo je to tak?“, alebo „kto, kedy, ako na to prišiel?“

Autor Adhara Pi jún 1st 2018 at 12:32 pm  

Nuž, presné vysvetlenie nepoznám ani ja. Predpokladám, že to súvisí s tým, že gravitácia nie je sila ako ostatné, ale zakrivenie priestoru. Nie je prenášaná žiadnymi časticami, preto má iné vlastnosti než sily a polia. Hoci to trochu naburávajú hypotézy o gravitónoch.

Autor alamo Ne jún 3rd 2018 at 2:08 pm  

Napadla ma totiž taká myšlienka.
Einstein si predstavoval (v tej dobe si to tak predstavovali všetci..) vesmír ako nekonečnú rovinnú „plochu“..
Teória veľkého tresku, bola sformulovaná 5 rokov, pred jeho smrťou.. A potvrdená až 5 rokov po jeho smrti.. Teórie o tom že vesmír si môžeme predstavovať ako do seba uzavretú konečnú bublinu sa zrodili až potom.. Einstein sa s touto ideou akosi nestretol.
Ak je gravitácia „iba“ ohyb deformácia priestoru. Nemal by sa brať do úvahy „počiatočný tvar“ toho čo ohýbame?
Keď ohýbame priestor, tak vlastne ohýbame vesmír ako taký.
Akurát že.. Keď sa snažíme ohnúť podľa tých istých pravidiel, „nekonečnú rovinnú plochu“, a do seba uzavretú „konečnú bublinu“, guľovitú 2D plochu.. Ktorá navyše expanduje a rozťahuje sa.. Nemal by byť ten výsledný „profil zakrivenia“ trochu iný?

Autor alamo Ne jún 3rd 2018 at 2:29 pm  

Keď porovnám dve analógie..
Plochú nekonečnú 2D rovinu, ako „gumovú plachtu“ ktorej okraje sú „upevnené“ v nekonečne..
A guľovitú konečnú do seba uzavretú 2D bublinu.. Do ktorej navyše stále usilovne „pumpujeme“, aby expandovala..
Zatlačím na tieto dva povrchy prstom..
Tak áno.. Na nekonečnej rovinnej ploche, sa deformácia šíri do nekonečna..
Ale na povrchu „balóna“.. Je deformácia lokálna.. Jej „nekonečné“ šírenie eliminoval vnútorný tlak.. Expanzia..
V do seba uzavretom konečnom vesmíre sa s tej istej sily s tou istou „mechanikou“, stane sila s obmedzeným konečným dosahom..

Autor Adhara Po jún 4th 2018 at 12:23 pm  

Zaujímavé teórie. Rozumiem, len sa obávam, či onen rozdiel v zakrivení nespôsobila nepresnosť analógie samotnej a nie tvar objektu. Kým gumená podložka je niekde napnutá a má rovnaký tlak nad sebou i pod sebou, rozpínajúci sa balón sa rozpína pod vplyvom tlaku. Je to práve tlak, protitlak, ktorý zakrivenie spôsobené vnoreným prstom veľmi rýchlo eliminuje. Ale rozpína sa náš vesmír kvôli nejakému tlaku „zvnútra“?

Autor alamo Ut jún 5th 2018 at 1:49 am  

Neviem či sa to dá nazvať.. „vedeckou teóriou“.to
Musím si priznať že som beznádejný amatér.
Ale keď sa nad tým tak zamyslím, tak všetko čo je vo vesmíre, sa nachádza „vo vnútri“. A deformuje ju to smerom „von“.
Čiže prípadný analogický model v „2D“, toho „zatlačenia na povrch bubliny“, by tiež musel ísť „z vnútra“.
Keby sme stáli „vonku“, a zatlačili dovnútra, miesto „gravitačnej jamy“, by sme vo „vnútri“ vytvorili „kopec“.. Antigravitačný..
Otázka či sa to pôsobenie prípadnej „negatívnej energie“, ktorá má spôsobovať expanziu vesmíru ba dokonca jej zrýchľovanie je správna..
Nie som si istý, iba hádam..
Ale čo je to vlastne „priestor“? To „nič“.. Iba výška, šírka, dĺžka a čas..
Skutočne to má „nekonečnú pružnosť“ a iba sa to bude donekonečna naťahovať.. Z „ničoho“.
Alebo treba uvažovať o tom, že aj priestor je niečo konkrétne, že „pribúda nový priestor“, nejak vzniká? Z niečoho iného?

Autor alamo Ut jún 5th 2018 at 9:28 pm  

Pokiaľ ide o analógie.. Tak vlastne každá analógia je nepresná..
Napríklad tento obrázok
https://www.sciencealert.com/images/articles/processed/Gravity_web_1024.jpg
Vidíme na ňom planétu Zem a súradnicovú sieť, ktorá nám má znázorniť pomyselnú gravitačnú jamu..
Lenže tá „jama“ nie je samotné zakrivenie priestoru, je to iba akýsi prehľad o intenzite pôsobenia gravitačnej sily.
Zakrivenie priestoru samotné… „Vypadá inak“..
Ako si ho predstaviť..
Keby sme okolo ťažiska hmotného objektu narysovali kruh, a presne ho odmerali, zistili by sme že dookola nemá „poctivých“ 360 stupňov..
Ale trebárs iba 359,999 stupňov.. Podľa mohutnosti zakrivenia..
Čierna diera ten kruh okolo seba dokáže stiahnuť na nulu..
Ona to nie je nijaká „výduť“, ani hore ani dole..
Tam nejaký ten priestor absentuje.. Chýba..
„Zrútil sa“..
V plochom priestore vždy odmeriame 360 stupňov..

Autor Martin5 Po jún 18th 2018 at 3:44 pm  

Nie len gravitácia pôsobí „„nekonečne“ ďaleko“, jej účinok však klesá pomalšie ako iné sily (napr. elektromagnetizmus) a tak na väčšie vzdialenosti už ostatné sily možno zanedbať. I keď teoreticky nikdy neklesne na nulu, prakticky máme určité obmedzenia (Planckova konštanta). Predpokladám, že keď jej účinok klesne pod najmenšie možné kvantum energie, tak prestane pôsobiť.

Overiť „nekonečné“ pôsobenie samozrejme nemáme ako. Aj to že v celom Vesmíre platia rovnaké fyzikálne zákony je len náš (vcelku rozumný) predpoklad, merať však priamo vieme iba tu. Pôsobenie na veľké vzdialenosti môžeme ale do určitej miery overiť napr. pozorovaním kôp galaxií (jednotlivé galaxie sa navzájom gravitačne ovplyvňujú).

Mechanizmus šírenia pokiaľ viem stále presne nepoznáme. Avšak i účinky gravitácie sa šíria iba rýchlosťou svetla. Takže to 1 kg závažie v skutočnosti neovplyvní celý Vesmír, pretože najvzdialenejšie oblasti sa voči nám rozpínajú už rýchlosťami vyššími ako je rýchlosť svetla.

Autor Adhara Po jún 18th 2018 at 4:37 pm  

„Avšak i účinky gravitácie sa šíria iba rýchlosťou svetla. “ – kde berieš tú istotu? Pred pár rokmi som čítala článok v Kozmose, podľa ktorého je rýchlosť šírenia gravitácie záhadou. Ibaže by ju už medzičasom objasnili, ale tomu veľmi neverím, je to priveľká otázka na rýchle rozlúsknutie.

Autor Martin5 Ut jún 19th 2018 at 4:30 pm  

Istotu samozrejme nemáme v ničom, ale stále akceptujeme teóriou relativity, obzvlášť na makro úrovni. A tá to má priamo ako axiómu. Ak chceš operovať s rýchlejším šírením gravitácie, musíš zahodiť aj teóriu relativity a prísť s niečím novým.

V poslednej dobe sme ale začali merať aj gravitačné vlny (prejav šírenia gravitácie, hoci mechanizmus pokiaľ viem stále nepoznáme) a tie k nám dorazia práve tou rýchlosťou svetla.

Autor Adhara Po jún 25th 2018 at 11:29 am  

Na zakrivenie časopriestoru sa musí vzťahovať teória relativity? Veď časopriestor nie je hmota ani žiarenie. A na základe čoho odvodili rýchlosť šírenia gravitačných vĺn? Boli tam dva detektory, čo ich zaznamenali s časovým posunom? Lebo neviem o tom, že by ich pozorovanie malo nejaký optický ekvivalent.

Autor Martin5 Po jún 25th 2018 at 2:12 pm  

Teória relativity (všeobecná) prišla s vysvetlením gravitácie ako zakrivenie priestoročasu. Nepoznám iné teórie, ktoré by s týmto konceptom operovali. S rýchlosťou svetla to máš naopak. Tá sa zobrala ako axióma (že platí) a z nej sa odvodila teória relativity. Keby tento predpoklad neplatil, neplatí ani teória relativity. Čo sa merania týka, detektory sú dva (LIGO, Virgo). A bolo aj pozorovanie s optickým ekvivalentom, napr.:

http://www.hvezdaren-mi.sk/zaujimavosti/627-prve-pozorovanie-optickeho-naprotivku-zdroja-gravitacnych-vln.html


 

© 2014 – 2018 Jana Plauchová. S výnimkou materiálov z Wikimedia Foundation všetky práva vyhradené. Kontakt na autorku: adhara (zavináč) volny.cz.