Искусственный спутник Земли

Летчикам, летавшим на пикирующих бомбардировщиках, при выходе из пике приходилось испытывать 6–7-кратное увеличение собственного веса. Известен случай, когда пожарный, прыгнувший с высоты 25 м на холст, испытал в момент своего падения на холст ускорение в 24 раза больше нормального. Наконец, недавно на испытании ракетных саней в Нью-Мексико (США) один из водителей перенес, правда почти мгновенную, 45-кратную перегрузку!

Все это, конечно, исключительные случаи. Пределом возможностей обычного нетренированного человека следует считать 4-кратное увеличение веса. При большей перегрузке возникают, как правило, нежелательные болезненные явления. Разумеется этот предел можно увеличить специальной тренировкой. Вот почему большое значение могли бы иметь спортивные соревнования на выносливость в условиях повышенной тяжести.

Таким образом, при взлете пассажирской ракеты с Земли ее ускорение не должно быть больше четырехкратного значения ускорения силы тяжести (4 g). Применяя формулу Циолковского (стр. 37) для данного случая, получаем, что движение пассажирской ракеты должно удовлетворять следующему уравнению:

Принимая скорость вытекания газов равной 4 , а конечную скорость υ равной 8 , получаем, что отношение должно быть близким к 14.

Как видите, неспособность человеческого организма к перенесению больших ускорений порождает значительные конструктивные трудности. Их можно преодолеть применением многоступенчатой ракеты и, с другой стороны, увеличением скорости истечения газов с.

Допустим, что трудности преодолены, пассажирская ракета взлетела с Земли и перешла на круговую орбиту. Кстати сказать, управление ракетой может быть двояким: или она пилотируется пассажирами, или ею управляют по радио с Земли. Между прочим, нечто похожее было сделано недавно на Земле. Из США в Англию перелетел самолет, управляемый по радио, на борту которого находились пассажиры.

Итак, круговая скорость достигнута! Двигатель ракеты выключается, и последняя вместе со своими пассажирами превращается в искусственный спутник Земли. В этот момент на смену усиленной тяжести, которую пассажиры испытывали при взлете, приходит удивительное, ни с чем не сравнимое состояние невесомости.

Чем же вызвана эта неожиданная перемена? Разве Земля перестала притягивать ракету и ее пассажиров?

Вес тела имеет два проявления: как давление на опору и как сила, сообщающая телу ускорение при падении на Землю. В очень многих случаях обе силы одинаковы по своей величине. Так, например, книга, положенная на стол, будет давить на поверхность стола с такой же по величине силой, с какой Земля притягивает ее к себе. Но может быть и иначе.

Представьте себе человека, опускающегося в лифте (рис. 20). Пусть лифт движется вниз с некоторым ускорением а, тогда давление человека на пол лифта будет равно его массе m, помноженной на разность ускорений g–а, где g — ускорение силы тяжести (9,8 ). Ясно, что давление человека на пол лифта будет меньше его веса (mg) на величину mа. Если же лифт поднимается ускоренно вверх, то давление на пол станет больше веса человека на ту же величину (mа).

Рис. 20. Невесомость в падающем лифте.

Увеличение или уменьшение собственного веса при движении в лифте каждый из нас ощущал. Когда лифт начинает подниматься, нас прижимает к полу увеличившаяся тяжесть. Наоборот, при резком опускании лифта у нас «дух захватывает» — мы становимся легче, Подобное облегчение можно испытать и при скатывании с горы, при прыжках с трамплина.

Представьте себе теперь, что произошел несчастный случай (кстати, почти невозможный на практике) — лифт оборвался и полетел вниз с ускорением свободно падающего тела (g). Ясно, что в этот момент пассажир лифта почувствует себя «совсем легко», т. е. он ощутит полную невесомость! Ускорение его падения будет такое же, как у лифта, и, следовательно, давление на опору станет равным нулю.

Вес, как притяжение Земли, остался неизменным (mg). Вес, как давление на опору, исчез (при a=g давление на опору равно mg–mg, т. е. нулю).

Вот именно такую невесомость и испытают межпланетные путешественники. Когда их ракета превратится в спутника Земли, она будет как бы постоянно «падать» на Землю, двигаясь по своей орбите и подчиняясь единственной силе — силе собственного веса. В этом случае она станет вполне схожей с падающим лифтом. Так как ускорения спутника и его пассажиров одинаковы, вес, как давление на опору, исчезнет, хотя вес, как притяжение Земли, разумеется, останется.

Если чрезмерная нагрузка может стать смертельной для человека, то не приведет ли к печальному концу и другая крайность — полное отсутствие веса?

В земных условиях человек иногда испытывает значительное уменьшение веса, а иногда и почти полную его потерю. Так, например, лыжники, прыгающие с больших трамплинов, пребывают в состоянии невесомости несколько секунд. С другой стороны, летчики, совершающие затяжные прыжки с парашютом, на десятки секунд теряют собственный вес. Что они при этом испытывают?