Что это - невесомость? Что такое невесомость с точки зрения физика и космонавта.

В космосе невесомость - постоянное условие жизни и деятельности. Это резко отличает космос от среды, в которой обитает человечество. На Земле человек постоянно борется с силой тяжести, поэтому утрата собственного веса для него непривычна, а опыта пребывания человека в невесомости нет.

Да, эпизодически невесомость испытать можно: например, во время полетов на самолете, когда он попадает в «воздушные ямы» или резко теряет высоту. Ощущение невесомости хорошо знают парашютисты. Невесо́мость - состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой отсутствует.

В условиях невесомости на борту космического аппарата многие физические процессы (конвекция, горение и т.д.) протекают иначе, чем на Земле. Отсутствие силы тяжести требует специальной конструкции таких систем как душ, туалет, системы разогрева пищи, вентиляции и т.д. Во избежание образования застойных зон, где может скапливаться углекислый газ, и для обеспечения равномерного смешивания теплого и холодного воздуха, на МКС, например, установлено большое количество вентиляторов. Прием пищи и питьё, личная гигиена, работа с оборудованием и в целом обычные бытовые действия также имеют свои особенности и требуют от космонавта выработки привычки и нужных навыков. Влияние невесомости учитывается в конструкции жидкостного ракетного двигателя, предназначенного для запуска в невесомости.

Как невесомость воздействует на человека

При переходе из условий земной гравитации к условиям невесомости у большинства космонавтов наблюдается реакция организма, называемая синдромом космической адаптации . По симптомам это состояние похоже на морскую болезнь: снижение аппетита, головокружение, головная боль, усиление слюноотделения, тошнота, иногда встречается рвота, пространственные иллюзии. Все эти эффекты обычно проходят после 3-6 суток полёта. При длительном (несколько недель и более) пребывании человека в космосе отсутствие гравитации начинает вызывать в организме определённые изменения, носящие негативный характер: быстрое атрофирование мышц – мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате понижаются все физические характеристики организма; следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода; из-за возникающего избытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего гемоглобин; ограничение подвижности нарушает фосфорный обмен в костях, что приводит к снижению их прочности.

Человеческий организм, попав в условия невесомости, начинает перестраиваться. Человек худеет. Всё тело становится дряблым, как при долгом лежании в постели. Кости становятся хрупкими - они здесь не испытывают нагрузки. Мышцы работают мало. А от бездействия все органы слабеют. Похоже на то, как пролежавший в постели несколько месяцев человек заново учится ходить. Космонавты Николаев и Севастьянов после восемнадцати дней пребывания в невесомости вообще первое время не могли встать на ноги.

Чтобы уменьшить вредное действие невесомости, учёные придумали разные средства: они рекомендуют космонавтам побольше заниматься в космосе физкультурой, в основном с эспандерами. Создали для космонавтов особые нагрузочные костюмы «пингвин». В эти плотно облегающие костюмы вшиты резинки, стягивающие тело в клубочек. Чтобы в таком костюме держаться прямо, приходится всё время слегка напрягать мышцы. А это как раз и нужно, чтобы они не слабели.

Делают на орбитальных станциях и «бегущую дорожку». Чтобы не уплыть, космонавт пристёгивается эластичными тяжами. Они заменяют космонавту его вес, тянут за пояс и за плечи вниз к полу, прижимают к «дорожке». Она под космонавтом бежит назад. А он по ней бежит вперёд. Не все легко переносят невесомость, особенно в первый момент. Многим кажется, что их подвесили вниз головой. У некоторых наступает тошнота. Первые день – два космонавты обычно привыкают к невесомости.

Невесомость возникает при выходе космического корабля на орбиту. Но исчезновение веса нельзя путать с исчезновением гравитационного притяжения – например, на Международной космической станции (на высоте 350 км) оно только на 10% меньше, чем на Земле. Состояние невесомости на МКС возникает не из-за отсутствия гравитации, а за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, то есть космонавты как-бы постоянно «падают вперед» со скоростью 7,9 км/с.

Как тренируют космонавтов в невесомости на Земле

На Земле в экспериментальных целях можно создать кратковременное состояние невесомости (до 40 секунд) при полётах самолёта по параболической траектории. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение g, направленное вниз (нулевую перегрузку). Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа («провал в воздухе»). Пилоты резко подают на снижение высоты, при стандартной высоте полета 11 000 метров это и дает требуемые 40 секунд «невесомости»; внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она имеет специальное мягкое покрытие на стенах, чтобы избежать травм при наборе и сбросе высоты. Подобное невесомости чувство человек испытывает при полетах рейсами гражданской авиации при посадке. Но в целях безопасности полета и большой нагрузки на конструкцию самолета гражданская авиация сбрасывает высоту постепенно, совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полета в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). Т.е. спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир только на несколько секунд ощущает, что его отрывает от кресла вверх. Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё небольшое.

Весу как силе, с которой любое тело действует на поверхность, опору либо подвес. Возникает вес вследствие гравитационного притяжения Земли. Численно вес равен силе тяжести, но последняя приложена к центру масс тела, вес же приложен к опоре.

Невесомость - нулевой вес, может возникать, если отсутствует сила тяготения, то есть тело достаточно от массивных объектов, которые могут притягивать его.

Международная Космическая Станция находится на расстоянии 350 км от Земли. На таком удалении ускорение свободного падения (g) составляет 8,8 м/с2, что всего на 10% меньше, чем на поверхности планеты.

На практике редко встретишь - гравитационное воздействие существует всегда. На космонавтов, находящихся на МКС, по-прежнему действует Земля, однако невесомость там присутствует.

Другой случай невесомости возникает, если сила тяжести компенсирована другими силами. Например, МКС подвержена силе тяжести, незначительно уменьшенной за счет расстояния, но также станция движется по круговой орбите с первой космической скоростью и центробежная сила компенсирует тяготение.

Невесомость на Земле

Явление невесомости возможно и на Земле. Под воздействием ускорения вес тела может уменьшаться, и даже становится отрицательным. Классический пример, который приводят физики - падающий лифт.

Если лифт движется вниз с ускорением, то давление на пол лифта, а, следовательно, и вес, будет уменьшатся. Причем если ускорение равно ускорению свободного падения, то есть лифт падает, вес тел станет нулевым.

Отрицательный вес наблюдается, если ускорение движения лифта превысит ускорение свободного падения - тела находящиеся внутри «прилипнут» к потолку кабины.

Этот эффект широко применяется для симуляции невесомости при подготовке космонавтов. Самолет, оборудованный камерой для тренировок, поднимается на значительную высоту. После чего пикирует вниз по баллистической траектории, по сути, у поверхности земли машина выравнивается. При пикировании с 11 тысяч метров можно получить 40 секунд невесомости, которыми и пользуются для тренировок.

Существует заблуждение, что подобные выполняют сложные фигуры, наподобие «петли Нестерова», для получения невесомости. На самом деле для тренировок используются доработанные серийные пассажирские самолеты, которые неспособны на сложные маневры.

Физическое выражение

Физическая веса (P) при ускоренном движении опоры, будь то падающий лиф или пикирующий , имеет следующий вид:

где m – масса тела,
g – ускорение свободного падения,
a – ускорение опоры.

При равенстве g и a, P=0, то есть достигается невесомость.

Казалось бы, тут всё просто. Невесомость - это когда вы ничего не весите. Можете, как птичка, выпорхнуть в окошко - или кружиться под потолком, как коротышки в книжке Носова «Незнайка на Луне». Но почему тогда в невесомости, ударившись лбом о стенку, космонавт (без скафандра) набьёт себе шишку так же, как любой школьник во дворе? Он ведь как бы «ничего не весит», а значит, и ушибиться, наверное, не может? Или может?

Физика «весом» называют ту силу, с которой любое тело действует на поверхность своей опоры (или подвеса). Допустим, человек сидит на стуле, и вес - это та тяжесть, с которой тело на данный стул опирается. Яблоко лежит на столе, тогда весом будет тяжесть яблока, действующая на поверхность стола под ним. Однако в некоторых обстоятельствах вес исчезает, и яблоко вместо спокойного лежания на столе вдруг начинает плавно летать по помещению. Почему с ним так происходит? Неожиданно, вдруг, как в сказке, вес «уйти» не может: хотя в сказке про коротышек и существует «прибор невесомости», пока ничего подобного в реальности не придумано. Однако невесомость можно найти или создать.

Невесомость возникает в двух различных случаях. В космосе она появляется, потому что мы слишком удалились от Земли и других крупных небесных тел, способных притянуть к себе гравитационными силами. Иногда невесомость такого происхождения называют ещё и «микрогравитацией». Но можно создать невесомость и искусственно. Чаще это делают учёные - в исследовательских целях, например, для того, чтоб хорошо изучить поведение животных или бактерий в невесомости. Изредка эффект временной невесомости создают в развлекательных целях, скажем, при полётах в так называемой аэротрубе. Там «летают» на потоках воздуха, бьющих снизу вверх и своей мощью превозмогающих силу тяжести.

Вес тела может, в отличие от массы, меняться под действием ускорения. Например, мы в скоростном лифте при его движении вверх ощущаем себя тяжелее, чем обычно, а если тот же «скороход» несёт нас вниз, нам кажется, будто тело становится легче. Именно на этом эффекте основано создание невесомости «искусственным путём». Когда самолёт быстро и резко устремляется вниз, у него внутри пассажиры или подопытные животные могут себя ощутить в невесомости, и даже «поплавать» по салону, как в космическом корабле. Такой эффект используют и в подготовке космонавтов, и при изучении реакции живых существ на временное отсутствие гравитации. В такой «невесомости» проводят разные научные эксперименты, которые, возможно, в будущем послужат прогрессу человечества. А для создания искусственной «невесомости» нужно, чтобы ускорение летящего вниз самолёта равнялось ускорению свободного падения тела или было даже чуть больше. Но именно - лишь только совсем чуть-чуть, иначе все подопытные «прилипнут к потолку» и будет уже своего рода «обратная гравитация». Скорость для экспериментов с невесомостью поэтому просчитывают очень точно и тонко - так, чтобы никого не «размазало» о потолок.

Тем не менее, если в такой невесомости вы быстро подплывёте к стене или предмету, то можете крепко треснуться об него плечом, лбом или другой частью тела. Подвох в том, что к Земле - или другой планете, например, к Луне или Марсу, если бы мы туда попали - нас притягивает сила тяжести, создающая наш вес. А боль при ударе лбом или любой другой частью тела о предмет - это «проделки» массы. В чём между ними разница?

Слово «невесомость» употребляется также и в переносном смысле. Например, какой-то очень лёгкий объект могут именовать невесомым. Это может быть вата, пёрышко или нежное облако. На самом деле, конечно, вес всегда имеется, но слово «невесомый» берут, чтобы показать, насколько он мал и незаметен. Иногда ощущением невесомости называют и сильные «окрыляющие» эмоции - вдохновение, восторг или влюблённость.

. Это название неверно для околоземного полета. Гравитация (сила притяжения) остаётся прежней. Но при полете на больших расстояниях от небесных тел, когда их гравитационное влияние пренебрежимо мало, действительно возникает микрогравитация. [ ]

Особенности деятельности человека и работы техники в условиях невесомости

В условиях невесомости на борту космического аппарата многие физические процессы (конвекция, горение и т. д.) протекают иначе, чем на Земле. Отсутствие силы тяжести, в частности, требует специальной конструкции таких систем как душ, туалет, системы разогрева пищи, вентиляции и т. д. Во избежание образования застойных зон, где может скапливаться углекислый газ, и для обеспечения равномерного смешивания теплого и холодного воздуха, на МКС, например, установлено большое количество вентиляторов. Прием пищи и питьё, личная гигиена, работа с оборудованием и в целом обычные бытовые действия также имеют свои особенности и требуют от космонавта выработки привычки и нужных навыков.

Влияние невесомости неизбежно учитывается в конструкции жидкостного ракетного двигателя , предназначенного для запуска в невесомости. Жидкие компоненты топлива в баках ведут себя точно так же, как и любая жидкость (образуют жидкие сферы). По этой причине подача жидких компонентов из баков в топливные магистрали может стать невозможной. Для компенсации такого эффекта применяется специальная конструкция баков (с разделителями газовой и жидкой сред), а также - процедура осадки топлива перед запуском двигателя. Такая процедура состоит во включении вспомогательных двигателей корабля на разгон; создаваемое ими небольшое ускорение осаживает жидкое топливо на днище бака, откуда система подачи направляет топливо в магистрали.

Воздействие невесомости на организм человека

При переходе из условий земной гравитации к условиям невесомости (в первую очередь- при выходе космического корабля на орбиту), у большинства космонавтов наблюдается реакция организма, называемая синдромом космической адаптации .

При длительном (более недели) пребывании человека в космосе отсутствие гравитации начинает вызывать в организме определённые изменения, носящие негативный характер.

Первое и самое очевидное последствие невесомости - стремительное атрофирование мышц: мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате падают все физические характеристики организма. Кроме того, следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода, и из-за возникающего избытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего его (гемоглобин).

Также есть основания полагать, что ограничение подвижности нарушит фосфорный обмен в костях, что приведёт к снижению их прочности.

Вес и гравитация

Довольно часто исчезновение веса путают с исчезновением гравитационного притяжения. Это не так. В качестве примера можно привести ситуацию на Международной космической станции (МКС). На высоте 350 километров (высота нахождения станции) ускорение свободного падения имеет значение 8,8 / ², что всего лишь на 10 % меньше, чем на поверхности Земли . Состояние невесомости на МКС возникает не из-за «отсутствия гравитации», а за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью , то есть космонавты как бы постоянно «падают вперед» со скоростью 7,9 км/с.

Невесомость на Земле

На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по баллистической траектории, то есть такой траектории, по которой летел бы самолет под воздействием одной лишь силы земного притяжения. Эта траектория является параболой при небольших скоростях движения, из-за чего её иногда ошибочно называют "параболической"; в общем случае траектория представляет собой эллипс или гиперболу.

Такие методы применяются для тренировки космонавтов в России и США. В кабине пилота на нитке подвешен шарик, который обычно натягивает нитку вниз (если самолет покоится, либо движется равномерно и прямолинейно). Отсутствие натяжения нити, на которой висит шарик, свидетельствует о невесомости. Таким образом, пилот должен управлять самолётом так, чтобы шарик висел в воздухе, а нить не была натянута. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение g, направленное вниз. Другими словами, пилоты создают нулевую перегрузку. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа «провал в воздухе». Пилоты резко начинают набор высоты, выходя на "параболическую" траекторию, которая заканчивается таким же резким сбросом высоты. Внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она имеет специальное мягкое покрытие на стенах, чтобы избежать травм как в моменты невесомости, так и в моменты перегрузок.

Подобное чувство невесомости человек испытывает при полетах рейсами гражданской авиации во время посадки. Однако в целях безопасности полета и из-за большой нагрузки на конструкцию самолета, гражданская авиация сбрасывает высоту совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полета в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). То есть спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир на несколько секунд ощущает, что его отрывает от кресла вверх. Это же чувство знакомо и автомобилистам, знакомыми с трассами, проходящими по крутым холмам, когда машина начинает съезжать с верхушки вниз.

Утверждения, что самолет для создания кратковременной невесомости выполняет фигуры высшего пилотажа типа «петли Нестерова» - не более чем миф. Тренировки выполняются в слегка модифицированных серийных машинах пассажирского или грузового класса, для которых фигуры высшего пилотажа и подобные режимы полета являются закритическими и могут привести к разрушению машины в воздухе или быстрому усталостному разрушению несущих конструкций.

Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере , когда сопротивление воздуха ещё невелико.

Напишите отзыв о статье "Невесомость"

Ссылки

• Астрономический словарь Санько Н. Ф.
• Видео телестудии Роскосмоса

Примечания

Отрывок, характеризующий Невесомость

Но оно не двигалось.
Оно побежало только тогда, когда его вдруг охватил панический страх, произведенный перехватами обозов по Смоленской дороге и Тарутинским сражением. Это же самое известие о Тарутинском сражении, неожиданно на смотру полученное Наполеоном, вызвало в нем желание наказать русских, как говорит Тьер, и он отдал приказание о выступлении, которого требовало все войско.
Убегая из Москвы, люди этого войска захватили с собой все, что было награблено. Наполеон тоже увозил с собой свой собственный tresor [сокровище]. Увидав обоз, загромождавший армию. Наполеон ужаснулся (как говорит Тьер). Но он, с своей опытностью войны, не велел сжечь всо лишние повозки, как он это сделал с повозками маршала, подходя к Москве, но он посмотрел на эти коляски и кареты, в которых ехали солдаты, и сказал, что это очень хорошо, что экипажи эти употребятся для провианта, больных и раненых.
Положение всего войска было подобно положению раненого животного, чувствующего свою погибель и не знающего, что оно делает. Изучать искусные маневры Наполеона и его войска и его цели со времени вступления в Москву и до уничтожения этого войска – все равно, что изучать значение предсмертных прыжков и судорог смертельно раненного животного. Очень часто раненое животное, заслышав шорох, бросается на выстрел на охотника, бежит вперед, назад и само ускоряет свой конец. То же самое делал Наполеон под давлением всего его войска. Шорох Тарутинского сражения спугнул зверя, и он бросился вперед на выстрел, добежал до охотника, вернулся назад, опять вперед, опять назад и, наконец, как всякий зверь, побежал назад, по самому невыгодному, опасному пути, но по знакомому, старому следу.
Наполеон, представляющийся нам руководителем всего этого движения (как диким представлялась фигура, вырезанная на носу корабля, силою, руководящею корабль), Наполеон во все это время своей деятельности был подобен ребенку, который, держась за тесемочки, привязанные внутри кареты, воображает, что он правит.

6 го октября, рано утром, Пьер вышел из балагана и, вернувшись назад, остановился у двери, играя с длинной, на коротких кривых ножках, лиловой собачонкой, вертевшейся около него. Собачонка эта жила у них в балагане, ночуя с Каратаевым, но иногда ходила куда то в город и опять возвращалась. Она, вероятно, никогда никому не принадлежала, и теперь она была ничья и не имела никакого названия. Французы звали ее Азор, солдат сказочник звал ее Фемгалкой, Каратаев и другие звали ее Серый, иногда Вислый. Непринадлежание ее никому и отсутствие имени и даже породы, даже определенного цвета, казалось, нисколько не затрудняло лиловую собачонку. Пушной хвост панашем твердо и кругло стоял кверху, кривые ноги служили ей так хорошо, что часто она, как бы пренебрегая употреблением всех четырех ног, поднимала грациозно одну заднюю и очень ловко и скоро бежала на трех лапах. Все для нее было предметом удовольствия. То, взвизгивая от радости, она валялась на спине, то грелась на солнце с задумчивым и значительным видом, то резвилась, играя с щепкой или соломинкой.
Одеяние Пьера теперь состояло из грязной продранной рубашки, единственном остатке его прежнего платья, солдатских порток, завязанных для тепла веревочками на щиколках по совету Каратаева, из кафтана и мужицкой шапки. Пьер очень изменился физически в это время. Он не казался уже толст, хотя и имел все тот же вид крупности и силы, наследственной в их породе. Борода и усы обросли нижнюю часть лица; отросшие, спутанные волосы на голове, наполненные вшами, курчавились теперь шапкою. Выражение глаз было твердое, спокойное и оживленно готовое, такое, какого никогда не имел прежде взгляд Пьера. Прежняя его распущенность, выражавшаяся и во взгляде, заменилась теперь энергической, готовой на деятельность и отпор – подобранностью. Ноги его были босые.
Пьер смотрел то вниз по полю, по которому в нынешнее утро разъездились повозки и верховые, то вдаль за реку, то на собачонку, притворявшуюся, что она не на шутку хочет укусить его, то на свои босые ноги, которые он с удовольствием переставлял в различные положения, пошевеливая грязными, толстыми, большими пальцами. И всякий раз, как он взглядывал на свои босые ноги, на лице его пробегала улыбка оживления и самодовольства. Вид этих босых ног напоминал ему все то, что он пережил и понял за это время, и воспоминание это было ему приятно.
Погода уже несколько дней стояла тихая, ясная, с легкими заморозками по утрам – так называемое бабье лето.
В воздухе, на солнце, было тепло, и тепло это с крепительной свежестью утреннего заморозка, еще чувствовавшегося в воздухе, было особенно приятно.
На всем, и на дальних и на ближних предметах, лежал тот волшебно хрустальный блеск, который бывает только в эту пору осени. Вдалеке виднелись Воробьевы горы, с деревнею, церковью и большим белым домом. И оголенные деревья, и песок, и камни, и крыши домов, и зеленый шпиль церкви, и углы дальнего белого дома – все это неестественно отчетливо, тончайшими линиями вырезалось в прозрачном воздухе. Вблизи виднелись знакомые развалины полуобгорелого барского дома, занимаемого французами, с темно зелеными еще кустами сирени, росшими по ограде. И даже этот разваленный и загаженный дом, отталкивающий своим безобразием в пасмурную погоду, теперь, в ярком, неподвижном блеске, казался чем то успокоительно прекрасным.
Французский капрал, по домашнему расстегнутый, в колпаке, с коротенькой трубкой в зубах, вышел из за угла балагана и, дружески подмигнув, подошел к Пьеру.
– Quel soleil, hein, monsieur Kiril? (так звали Пьера все французы). On dirait le printemps. [Каково солнце, а, господин Кирил? Точно весна.] – И капрал прислонился к двери и предложил Пьеру трубку, несмотря на то, что всегда он ее предлагал и всегда Пьер отказывался.
– Si l"on marchait par un temps comme celui la… [В такую бы погоду в поход идти…] – начал он.
Пьер расспросил его, что слышно о выступлении, и капрал рассказал, что почти все войска выступают и что нынче должен быть приказ и о пленных. В балагане, в котором был Пьер, один из солдат, Соколов, был при смерти болен, и Пьер сказал капралу, что надо распорядиться этим солдатом. Капрал сказал, что Пьер может быть спокоен, что на это есть подвижной и постоянный госпитали, и что о больных будет распоряжение, и что вообще все, что только может случиться, все предвидено начальством.
– Et puis, monsieur Kiril, vous n"avez qu"a dire un mot au capitaine, vous savez. Oh, c"est un… qui n"oublie jamais rien. Dites au capitaine quand il fera sa tournee, il fera tout pour vous… [И потом, господин Кирил, вам стоит сказать слово капитану, вы знаете… Это такой… ничего не забывает. Скажите капитану, когда он будет делать обход; он все для вас сделает…]

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие притяжения Землёй давит на неподвижную (относительно Земли) горизонтальную подставку или натягивает нить подвеса. Вес тела равен силе тяжести.

Поскольку опора или подвес в свою очередь действуют на тело, то характерный признак весомости - наличие в теле деформаций, вызванных его взаимодействием с опорой или подвесом.

При свободном падении тел деформации в них отсутствуют, тела в этом случае находятся в состоянии невесомости . На рисунке изображена установка, с помощью которой можно это обнаружить. Установка состоит из пружинных весов, к которым подвешен груз. Вся установка может двигаться по направляющим вниз и вверх.

Если весы с грузом свободно падают, то указатель весов стоит на нуле, значит, пружина весов при этом не деформирована.

Разберём это явление, пользуясь законами движения. Допустим, что груз, подвешенный на пружине, движется вниз с ускорением а. На основании второго закона Ньютона мы можем сказать, что на него действует сила, которая равна разности сил Р и F, где Р - сила тяжести, a F - сила упругости пружины, приложенные к грузу. Итак,

ma = Р - F или ma = mg - F

F = m (g - a)

При свободном падении груза а = g и, следовательно,

F - m (g - а) = 0

Это указывает на отсутствие в пружине (и в грузе) упругих деформаций.

Состояние невесомости имеет место не только при свободном падении, но и при любом свободном полёте тела, когда на него действует только одна сила тяжести. В этом случае частицы тела не действуют на опору или подвес и не получают под влиянием тяготения к Земле ускорения относительно этой опоры или подвеса.

Если установку, изображённую на рисунке, резким рывком за верёвку заставить свободно двигаться вверх, то указатель весов при таком движении будет стоять на нуле. И в этом случае весы и груз, двигаясь вверх с одинаковым ускорением, не взаимодействуют друг с другом.

Итак, если на тела действует лишь одна сила тяжести, то они находятся в состоянии невесомости, характерный признак которого - отсутствие у них деформаций и внутренних напряжений.

Состояние невесомости не следует смешивать с состоянием тела, находящегося под действием уравновешенных сил. Так, если тело находится внутри жидкости, вес которой в объёме тела равен весу тела, то сила тяжести уравновешивается выталкивающей силой, Но тело будет давить на жидкость (как на опору), вследствие чего напряжения, вызванные в нём силой тяжести, не исчезнут, а значит, оно не будет находиться в состоянии невесомости.

Рассмотрим теперь невесомость тел на искусственных спутниках Земли. При свободном полёте спутника по орбите вокруг Земли сам спутник и все тела, находящиеся на нём, в системе отсчёта, связанной с центром массы Земли или с «неподвижными» звёздами, движутся с одинаковым в каждый данный момент времени ускорением. Величина этого ускорения определяется действующими на них силами тяготения к Земле (силы тяготения к другим космическим телам можно не учитывать, они очень малы). От массы тела, как мы видели, это ускорение не зависит. При этих условиях между спутником и всеми находящимися на нём телами (а также и между их частицами), взаимодействия, обусловленного тяготением к Земле, не будет. Это значит, что при свободном полёте спутника все находящиеся в нём тела будут в состоянии невесомости.

Не закреплённые в корабле-спутнике тела, сам космонавт свободно парят внутри спутника; жидкость, налитая в сосуд, не давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не вытекает через отверстие в сосуде; отвесы (и маятники) покоятся в любом положении, в котором их остановили.

Космонавту, чтобы удержать руку или ногу в наклонном положении, не требуется никакого усилия. У него исчезает представление о том, где «верх» и где «низ».

Если сообщить какому-нибудь телу скорость относительно кабины спутника, то оно будет двигаться прямолинейно и равномерно, пока не столкнётся с другими телами.

Чтобы ликвидировать возможные опасные последствия действия состояния невесомости на жизнедеятельность живых организмов, и прежде всего человека, учёные разрабатывают различные способы создания искусственной «тяжести», например путём придания, будущим межпланетным станциям вращательного движения вокруг центра тяжести. Сила упругости стенок будет создавать необходимое центростремительное ускорение , и вызывать деформации в соприкасающихся с ними телах, подобные тем, которые они имели в условиях Земли.