Fizyka dla każdego

Znajomość fizyki jest niezbędna nawet przy czytaniu prestiżowego brytyjskiego tygodnika "The Economist", 19 stycznia 2013, na jednej stronie - aż dwie mini lekcje w fizyki.

Jeden z artykułów dotyczy perspektyw budowy nowej generacji stacji kosmicznych, lekkich, z tworzyw sztucznych, pozwijanych w pakiety i pompowanych na orbicie.

Jakie zalety pracy (lub wypoczynku) w statku kosmicznym? Na przykład możliwość wytwarzania, w warunkach nieważkości, skomplikowanych farmaceutyków.

Na orbicie w statku kosmicznym dookoła Ziemi panuje właśnie stan nieważkości (ang. zero gravity).  Wydawałoby się, że nie ma tam grawitacji. Nic błędniejszego! Przyciąganie Ziemi jest i to wcale niewiele mniejsze niż na jej powierzchni¹. 

"The Economist" pisze "poprawnie" - nie zero-gravity, ale bezustanny swobodny spadek z orbity.

Tak! Stan nieważkości to stan w spadającej windzie. Nie czujemy siły grawitacji, bo cała winda spada razem z nami².   

Na orbicie podobnie - kabina cały czas spada w kierunku Ziemi, bo tak leciałaby po prostej. Pokazuje to rysunek poniżej.

W locie statku kosmicznego dookoła Ziemi, prędkość statku w każdej chwili zmienia kierunek - statek spada w kierunku Ziemi. Zmiana prędkości - to przyspieszenie. W każdej chwili statek spada spadkiem swobodnym, z przyspieszeniem ziemskim a=g. Pasażer statku spada z kabiną, więc nie odczuwa siły grawitacji. 

Stan nieważkości powinniśmy więc nazywać stanem pozornej nieważkości, a właściwiej stanem spadku swobodnego.

Zobacz, jak to pokazano na filmie o locie Gagarina

Przeczytał i opisał: GK

WWW: KS

¹ Pierwszy kosmonauta, Jurij Gagarin odbył podróż na wysokości mniej więcej 100 km na Ziemią. Siła grawitacji wynosi na tej wysokości [6370/(6370+100)]2 ≈ 0,97 siły ma powierzchni Ziemi (6370 km to średni promień Ziemi, zob. Jakiego kształtu jest "kula" ziemska?, J. Chojnacka, G. Karwasz, Geografia w Szkole, 6/2011, 2011, 45-51. 
² Rozważania o spadającej windzie prowadzą do ogólnej teorii względności Einsteina.