Mi a súlytalanság, és mi a mikrogravitáció?

Frey Sándor FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatóriuma

frey@sgo.fomi.hu

Űrtanítás, 2004. április 17.Magyar Asztronautikai Társaság – Puskás Tivadar Távközlési Technikum, Budapest

Mi a súly?

Az iskolában (most!) azt tanítják, hogy:

az az erő, amellyel a test az alátámasztást nyomja vagy a felfüggesztést húzza

G nagysága megegyezik a tartóerőével(hatás-ellenhatás törvénye, Newton III.)

A tartóerő nagysága megegyezik a nehézségi erőével (egyensúlyban!)(„F=ma”, Newton II.)

A súly nem jellemző a testre!

Gulyás-Honyek-Markovits-Szalóki-Tomcsányi-Varga: Fizika 7, Műszaki, 2002

Hát a súlytalanság?

Nyilván akkor lép fel, amikor a test az alátámasztást nem nyomja, és a felfüggesztést nem húzza.

Nem csak a „tehetetlenségi pályán” mozgó űrhajóban lehet súlytalanság - de ott kivételesen hosszú ideig!

• két Űrhajózási Lexikon közt• szabadon zuhanó liftben (ne adj’ isten…)• ejtőtoronyban• parabolikus repülés során (kb. fél perc)• kutatórakétákon

Szemléletesen mondhatjuk, hogy az űreszközök is szabadon esnek, csak az „oldalirányú” sebességük elég nagy ahhoz, hogy megkerüljék a Földet…

Mi miatt is van súlyunk a Földön?

A nehézségi erő (első közelítésben) a tömegvonzás („magyarul” a gravitáció) miatt lép fel.

A gravitációs vonzóerő a két test tömegével egyenesen, a távolságuk négyzetével fordítottan arányos (tehát sehol sem tűnik el!)

Kis komplikáció: a forgó Föld nem inerciarendszer…

Paál T.: Mechanika I., Nemzeti Tankönyvkiadó, 1995

… ha az volna, a testekre ható nehézségi erő megegyezne a Föld gravitációs vonzóerejével.

Így viszont a „körmozgás” biztosítására a testre ható erők eredője a tengelyre merőleges irányba kell mutasson.

(A nehézségi erő csak a pólusokon és az egyenlítőn mutat a középpont irányába.)

Eddig egyszerű volt, ugye?

… de most jön a mikrogravitáció!

Az Űrhajózási Lexikonban (1981) még hiába keressük ezt a címszót, de azóta a kifejezés világszerte elterjedt.

A Föld körüli pályán keringő űreszközök esetén fellépnek kisebb gyorsulások • segédhajtőművek, manőverezés• stabilizáció forgással• felsőlégköri fékező hatás• nap sugárnyomása, stb. nincs tökéletes súlytalanság; innen a mikro...

De miért nem mikrosúly?!

Almár-Both-Horváth (szerk.): Űrtan, Springer Hungarica 1996

gyorsulás

„A Föld felszínén élő ember világához olyan szervesen hozzátartozik a Föld vonzása, a gravitáció, hogy annak hiánya szokatlan, embertelen állapotnak minősül. Az űrhajón utazó vagy a Holdon lépkedő ember furcsán könnyűnek, súlytalannak érzi magát, mozgása, teljesítőképessége, testének működése is megváltozik. Így van ez a legtöbb fizikai jelenséggel is: többé-kevésbé módosulnak, ha súlytalan körülmények között – mikrogravitációban – játszódnak le. A mikrogravitációs tudomány, az űrkutatás egyik ága, ezekkel a jelenségekkel foglalkozik. (…)

A tipikus mikrogravitációs kísérlet az, ha olyan folyamatot vizsgálunk a világűrben, amit földi körülmények között gravitációs effektus befolyásol, elfed, megzavar vagy megakadályoz. A gravitációtól megszabadulva ekkor új jelenségek tárulnak elénk. Az angol terminológiához igazodva mikrogravitációs tudomány alatt az élettelen anyagok gravitációmentes viselkedésének a leírását értjük.”B. P.: A súlytalanság súlya, Természet Világa 2001/2. (Világűr) különszám, 60. old.

Összekevertük, ami eddig világos volt...

Mottó: „Ha egyszer összekutyulódott valami,a kijavítására tett minden kísérlet csak rontani fog rajta.” (Finagle IV. törvénye - Murphy törvénykönyvéből)

A súly és a gravitáció még akkor sem ugyanaz, ha nagyon sokan (köztük kiváló szakemberek) szinonimaként használják!

Az űrhajóra igenis hat a bolygó tömegvonzása - különben hogyan is maradna a Föld körüli pályán?!

Lazításképp: érdekes kutatási területek “majdnem-súlytalanságban”

A megszokott földi jelenségek megváltoznak!

Anyagtudományi kísérletek(félvezetők, ötvözetek, fémtisztítás átolvasztással, kristályosítás)nincsenek sűrűségkülönbségek

Folyadékok és gázok áramlásanincs konvekció, nincs ülepedés

Égés vizsgálataa gyertya nem lángol

Biológiai folyamatok, biotechnológia

www.estec.esa.nl/outreach/parabolic

ZARM: 105 méter magas ejtőtorony Brémában

www.zarm.uni-bremen.de

4,74 s súlytalanság

égés, folyadékáramlás, fémhabok, ...

Űrkemence (univerzális sokzónás kristályosító)

A Miskolci Egyetemen kifejlesztett egyedülálló eszköz

az olvadékból megszilárduló fémek vizsgálatára

nagy méretű homogén kristályok előállítására