Вопросы по физике

[Риббонс Альмарк]

Все верно, на самом деле силы нет, а работа инерциальных сил меня почему-то смущает... ну да фиг с ней =)

У Кареолиса, например, нет работы. Что касается остальных... вопрос, конечно, хороший... но, подозреваю, что если здесь копать, то можно докопаться до ОТО.

Короче, упасть должно яблоко туда же, откуда вылетело =)

Докажи! 

[Вергель]

Ваше Высочество, я что-то не вкурил, а зачем тут моё мнение?.. Я касательно искусственной гравитации могу только что-то сказать относительно гиподинамии за счёт того, что на станции гравитация ниже, чем на Земле... или, к примеру, на Луне.(кстати, ещё один респект "Планетес" -- селениты там к земной гравитации не присособлены). В общем, в условиях сниженной гравитации идёт постепенная атрофия мышц(поэтому космонавты каждый день педали крутят), плюс наверняка изменяется биохимия организма, но я вопрос не изучал подробно...
Есть один интересный экперимент поставленный в Питере хрен знает когда(примерно 70-80-е).
Ломачинский, "курьёзы военной медицины и экспертизы"

Спойлер

СОЛДАТ СПИТ – СЛУЖБА ИДЕТ
Кафедра Пропедевтики была самой гуманной кафедрой в Военно-медицинской Академии. Пропедевтика – это первый раздел реальной медицины. Собственно с нее медицина и начи-нается. Пропедевтика учит, как больных надо опрашивать, как к ним врач должен относить-ся, как осматривать, как щупать-пальпировать не лапая, как стучать-перкутировать не больно, что и где фонендоскопом слушать. Военные курсанты-медики от гражданских сту-дентов в этом плане ничем не отличаются. Нет такой «военной пропедевтики», хоть на ка-федре одни полковники на майорах сидят. Мирная наука. Но и на самой мирной кафедре порой случались весьма занимательные военные эксперименты.
Давно это было. Гагарин отлетал, «Союз»-«Аполлон» отстыковался и началась эра разви-тия советской долгосрочной орбитальной космонавтики. Если кому приходилось видеть кад-ры документальной кинохроники о возвращении первых советских долговременных космических экспедиций, тот поймет, о чем речь. Первопроходцы наших длительных орбит, отсидев в невесомости на «Союзах» и «Салютах» несчастные пару месяцев, вываливались из приземлившихся капсул, как мешки с дерьмом. Невесомость коварной оказалась – никакой нагрузки на мышцы. Да ладно бы только на мышцы, при развивающейся сильной мышечной атрофии из костей кальций уходил! Кости хирели. Надо было проблему как-то решать. Это сейчас космонавт, крутящий педали тренажера, картинка естественная, а в те дремучие вре-мена любой космический начальник над идеей закинуть в космос велосипед только бы рас-смеялся – слишком уж дорогим килограмм груза и кубометр космической станции выходили. Однако ежемесячно менять экипажи выходило еще дороже.
Как в науке водится, перед тем, как проблему решить, надо ее хорошенько изучить. А изу-чив, надо сделать модельный эксперимент. А если на модели появляется искомый результат – вот тогда вам и доказательства, и метод решения на блюдечке. Переход теории в практику, так сказать. Кафедра Авиационной и Космической Медицины за дело взялась споро – за пару месяцев был спроектирован хороший тренажерный комплекс и отрегулирована диета – пола-галось космонавтам много часов в день крутить педали, да тянуть пружины, а вместо сахара жрать глюконат кальция. Вызвали тогда начальника кафедры в Звездный и спросили, знает ли он, сколько его задумка народному хозяйству СССР стоить будет? Ну а тот не знал, в чем искренне признался. Тогда и вышел приказ – малой кровью на земле длительную невесо-мость смоделировать, чтобы теоретические изыскания на практике по дешевке подтвердить.
Ну, с велотренажером просто оказалось, хоть тоже не без курьеза. Есть в спортивной меди-цине такой термин ПВЦ-170. Это когда человечий организм на тренажер сажают и заставля-ют педали крутить, чтоб сердце аж 170 ударов в минуту выколачивало, а сами время засекают – сколько до «больше не могу» испытуемый выдержит. Министерство Медицин-ской Промышленности хороший титановый «велосипед» сделало – полную копию того, что на ВДНХ в «Салюте-6» вверх тормашками висел. Позвали педальки покрутить на этом вело-сипеде какого-то чемпиона СССР по велогонкам. Ну, тот пришел утречком, на велик сел, по-крутил, быстренько вышел на 170 ударов в минуту, а потом с таким сердечным ритмом так и сидел до конца рабочего дня. Затем слез, утер пот и сказал, что договор с ним на пятьдесят рублей за пять часов. Вот он пять часов открутил, давайте мне полтинник, а крутить задаром он не хочет. Ну, наша военно-медицинская братия от такого результата слегка опухла – из обычных курсантов никто больше пятнадцати минут ПВЦ-170 не выдерживал. Вот были спортсмены в советское время! И ведь без допингов. Когда настоящих летчиков-космонавтов на тренажер привозили, то результаты не сильно курсантские превышали – такую пытку ма-
ло кто до получаса выносил. Пришлось требования к сердечной нагрузке значительно пони-зить, чтоб на три-пять часов ежедневной космической тренировки выйти...
А вот с полной моделью костно-мышечной гипотрофии оказалось сложнее. Не было на Кафедре Авиационной и Космической Медицины своих коек, а значит и не было возможно-сти положить людей, как подопытных кроликов под многомесячный эксперимент. Зато такие койки были на Пропедевтике. Так и ввязалась мирная кафедра на военный эксперимент: не-обходимо было отобрать несколько молодых людей в абсолютном физическом здравии и по-ложить их полными инвалидами-паралитиками в течение многих месяцев на коечку. Руки и ноги фиксировались к кроватям ремнями, а чтобы никаких тонических упражнений не дела-ли (то есть, чтобы статически мышцы не напрягали) в каждую палату полагались круглосу-точные сиделки-надзиратели. Кровати располагались так, чтоб всем был виден телевизор, плюс перед сном несколько часов отводилось на чтение художественной литературы. Читала сиделка, а все слушали. И письма тоже сиделка писала под диктовку. Что касается естест-венных надобностей, в смысле пописять-покакать, то и тут дело было за медсестрами. Оп-равлялись в утку. Душ и ванну заменяли обтирания мокрыми полотенцами. Кровати были специальные, с открывающейся под задницей дыркой, чтоб даже во время необходимых фи-зиологических актов никакой нагрузки на мышцы спины не выходило. Да и сам уровень кро-ватей был необычный – не строго горизонтальные, а 26 градусов наклона вниз в сторону головы, чтобы давление крови было точно как в невесомости. Ну а от сползания на кровати человека удерживали опять те же фиксирующие ремни. Лежи себе лениво и радуйся жизни на уровне одноклеточного организма, всех неприятных дел только что периодически кровь на анализ брать будут. Больше никаких усилий и переживаний, даже взвешивание на крова-тях проводилось.
К назначенному сроку подготовили в клинике под эксперимент одно отделение, посадили на вход постового, взяли с персонала необходимые подписки о неразглашении, и дело оста-лось за малым – добровольцев-волонтеров найти. Это сейчас на Совок гонят, мол, советская система была беспредельно антигуманной. Может когда-то и была, а вот при Леньке Бреж-неве касательно экспериментов на людях было строго – или добровольно, или никак. Хотите верьте, хотите нет. Ну, конечно из любого правила существовали исключения, но точно не в этом случае. С волонтерами поступили просто – поехали добрые полковники-пропедевты в войска Ленинградского гарнизона и предложили молодым солдатам год за два. Вы, мол, только призвались, дедовщина тут всякая, а тут нате вам возможность – вполовину срок ско-стить, да при этом еще и денег прилично подзаработать. Если солдат от первого до послед-него дня выдерживал, то предполагалось не много не мало, а заплатить пять тысяч рублей – цена новых «Жигулей» по тому времени. А «контракт» сам по себе был вовсе не железным – в любой момент солдат мог заявить о том, что он отказывается от дальнейшего участия в эксперименте. После этого надлежало подписать официальную бумагу и идти дослуживать в войска по полному сроку, денег же никаких не причиталось в случае подобного малодушия. Понятно, что столь жесткие условия солдат-добровольцев на полный срок амебного образа жизни весьма стимулировали.
Сорок коечек было в отделении. В назначенный срок туда легло сорок солдат. Первый сол-дат подписал отказ на следующий день – ушел стирать «дедовские» портянки, несмотря на все увещевания и взывания докторов наук к здравому смыслу. Через неделю ушло еще трое. Через месяц осталась половина. Через три – семь человек. Через полгода – всего двое...
Лежат себе рядовые Виктор Малышев и Эльдар Сумамбаев, служат великому делу совет-ской военной науки. Персонал на них не нарадуется – капризов никаких, с неподвижной жизнью полностью смирились. Виктор оптимист-говорун, все думали, что в числе первых уйдет, а он смотри как, до конца долежал! А как анекдоты рассказывал – заслушаешься. Ут-ренняя смена новую шутку принесет, так тот ее так переделает и так расскажет, что вечерняя смена со смеху аж ногами сучила. Эльдар же был полной противоположностью – не болтлив, скорее весьма замкнут, книг себе читать не просил, только иногда требовал поставить кассе-ту в магнитофон с его любимыми азербайджанскими песнями. Иногда и сам пел – тягуче,
громко, но красиво. Сиделкам нравилось, и пение не запрещали, хоть и не понимали ни сло-ва. На девятом месяце эксперименту конец – все биохимические изменения и электрофизио-логические отклонения выяснены. Однако солдатам конкретную дату окончания опыта до последнего не сообщали, ориентировали их на год. За день до окончания опыта к ним при-шли генералы да полковники от медицинской службы, пожали руки героям и вручили сбер-книжки с оговоренной суммой денег. Эльдар отнесся к этому делу философски – конец мучениям завтра в двенадцать дня, вот завтра и приходите после последнего забора крови. Типа я уж без малого год лежу, вставать мне страшно, надо бы мне помочь, а то совсем хи-лый стал. Ну, над такой точкой зрения военно-медицинские светила поухмылялись, но не стали отказывать любимчику. Хочешь еще недельку на кроватке понежиться – нет проблем, устроим.
Виктор же спать не мог, как ждал завтрашнего полудня. Отказался от снотворных на ночь – у солдат давно уже сон нарушился, без снотворных они спать не могли, и это были единст-венные таблетки, которые им давать было разрешено. Всю ночь проболтал, мечтая вслух, как вернется он домой, как встретиться с мамой, а потом пойдет к своей любимой девушке. А потом как на вырученные деньги он накупит леса и кирпича, развернет стройку и построит хороший новый дом для будущей семейной жизни. А потом... Короче не было конца его мыслям вслух.
Ровно в полдень пришла к оптимисту вся свита. Без пяти минут двенадцать сестричка вен-ку кольнула, взяла последнюю пробирку кровушки на анализ. Отстегнули ремни, и вот уж секундная стрелка подбегает к вертикально стоящей минутной. Свершился долгожданный миг! Рядовой Малышев с радостным криком под общие аплодисменты вскакивает на пол с осточертевей кровати. Вскакивает и тут же радостный крик переходит в ужасный вопль. Солдат падает и через момент теряет сознание. Лежит на полу бледный, ноги неестественно выгнуты. Подхватили его офицеры медицинской службы, и тут же стала ясна причина его падения. Нет, не предполагаемый ортостатический коллапс (это когда от долгого лежания при быстром вставании кровь от мозга отливает). Все оказалось куда хуже – обоюдный дву-сторонний перелом шеек бедра! Самые крупные кости от недвижимости стали настолько хрупкими, что не выдержали массы человеческого тела. Начались реанимационные меро-приятия и моментальный перевод в Клинику Травматологии. «Нормальный» перелом бед-ренных костей может человека на полгода в кровать уложить, а вот перелом костей, где кальция всего-ничего осталось... Почти год на выздоровление рядовому Малышеву потребо-валось – опять пришлось ему на коечке полежать, только еще больший срок. Вроде и срос-лось плохо, вышел парень с инвалидностью. Уж как он потом свой дом строил, я право не знаю...
Но с Эльдаром все получилось, как надо. Его уж сам персонал от поспешных движений удерживал. Вначале переложили на обычную горизонтальную кроватку. Потом позволили поджать ножки. Потом сесть. Сидеть он несколько дней не мог – терял сознание от того са-мого ортостатического коллапса. Наконец гладкомышечная мускулатура кровеносных сосу-дов натренировалась, и парню разрешили вставать. Две санитарочки подхватывали его под бока и тащили вокруг кровати, где тот делал пять «облегченных» шагов. А потом его опять клали на кроватку, но уже не лениво – давали ему жгут, который солдат брал в руки и про-пускал под согнутую ногу, а затем эту ногу разгибал. Получалась одновременная тренировка мышц рук и ног. Затем к нему в палату притащили вышеупомянутый космический велоси-пед, а в диету добавили калорий. Назначили лошадиные дозы витаминов и кальция в уколах. А через месяц видел я рядового Сумамбаева бегающего трусцой по парку 49-го Городка.
Вот вам и гиподинамия.

[свернуть]

[Риббонс Альмарк]

Я касательно искусственной гравитации могу только что-то сказать относительно гиподинамии за счёт того, что на станции гравитация ниже, чем на Земле... или, к примеру, на Луне.(кстати, ещё один респект "Планетес" -- селениты там к земной гравитации не присособлены). В общем, в условиях сниженной гравитации идёт постепенная атрофия мышц(поэтому космонавты каждый день педали крутят), плюс наверняка изменяется биохимия организма, но я вопрос не изучал подробно...

Это понятно, но мы тут немножко о другом говорили... Если численно гравитация такая же, как и на Земле (то же самое g=9,81 м/с²), но в отличие от земной она гораздо быстрее меняется с высотой (т.е. ноги притягиваются сильнее, чем голова... насколько сильнее - я грубо прикинул чуть выше) + сила Кориолиса... я думал может что известно на эту тему, но нет, так нет...

[Намо]

Все верно, на самом деле силы нет, а работа инерциальных сил меня почему-то смущает... ну да фиг с ней =) Короче, упасть должно яблоко туда же, откуда вылетело =)

Все-таки тут Вы неправы. Давайте спросим многострадального "наблюдателя с Земли", всеведущего и всевидящего)) Каким ему видится происходящее нас станции? Вот человек подбрасывает предмет и продолжает двигаться по окружности вокруг оси станции. Предмет же, не подверженный действию никаких сил (вернее, их равнодействующая равна нулю, если не учитывать сопротивление воздуха, которое в данном случае не влияет на траекторию предмета), движется по прямой. У него вообще нет причин куда-либо возвращаться! Если не считать "потолка", конечно

[Намо]

Это понятно, но мы тут немножко о другом говорили... Если численно гравитация такая же, как и на Земле (то же самое g=9,81 м/с²), но в отличие от земной она гораздо быстрее меняется с высотой (т.е. ноги притягиваются сильнее, чем голова... насколько сильнее - я грубо прикинул чуть выше) + сила Кориолиса... я думал может что известно на эту тему, но нет, так нет...

Повторюсь - при постоянной угловой скорости вращения станции скорость изменения "гравитации" постоянна - dF/dR = mw²(без учета силы Кориолиса, а изменением плотности тела пренебрегаем - все-таки не диссертация). А сила Кориолиса зависит от действий самих космонавтов, точнее от скорости их перемещения по станции.

[Риббонс Альмарк]

Повторюсь - при постоянной угловой скорости вращения станции скорость изменения "гравитации" постоянна - dF/dR = mw²

Постоянна, постоянна - но она есть. А на Земле это с хорошей точностью ноль.

А сила Кориолиса зависит от действий самих космонавтов, точнее от скорости их перемещения по станции.

На макроскопическом уровне - да. А на микроскопическом - нет. Кровь по жилам течет? Течёт. А с какой скоростью? И как на это повлияет сила Кориолиса - я не знаю, но вполне ожидаемо, что как-нибудь да повлияет.

[Ronnie]

Все-таки тут Вы неправы. Давайте спросим многострадального "наблюдателя с Земли", всеведущего и всевидящего)) Каким ему видится происходящее нас станции? Вот человек подбрасывает предмет и продолжает двигаться по окружности вокруг оси станции. Предмет же, не подверженный действию никаких сил (вернее, их равнодействующая равна нулю, если не учитывать сопротивление воздуха, которое в данном случае не влияет на траекторию предмета), движется по прямой. У него вообще нет причин куда-либо возвращаться! Если не считать "потолка", конечно

Не путайте, по прямой относительно наблюдателя с Земли - да, но относительно вращающегося в этой адской штуковине - нет! Относительно него эта прямая сложится в верх-вниз, если он подбросит яблоко вертикально, или в параболу, если под углом.
Аналогичный пример - подбрасывание такого же злосчастного яблока в движущемся вагоне. Пассажир видит одно, бомж на перроне - совсем другой  

А Кориолис на Земле есть, надо только не полениться и сравнить...

[Риббонс Альмарк]

Относительно него эта прямая сложится в верх-вниз, если он подбросит яблоко вертикально, или в параболу, если под углом.

Не сложится эта прямая в "вверх-вниз", даже если кидать вертикально :









Если теперь взять следующие числа :

1. Начальная скорость : 5м/с
2. Радиус вращающейся станции : 1км
3. "Псевдогравицаия" на расстоянии 1км такая же, как на поверхности Земли : 9,81м/с², что даёт угловую скорость 0,099рад/с

То ответ будет такой :

1. Время в полете до верхней точки траектории : ~0,5 сек.
2. х-компонента скорости в верхней точке траектории : ~0,25 м/сек.
3. x-координата верхней точки траектории : ~0,08 м
4. х-координата точки падения предмета на "пол" : ~0,17 м

Подробнее см. вложенный экселевский файл. Короче говоря, брошенный вертикально вверх (относительно вращающейся станции) предмет не упадет в ту же точку. Что в общем-то и так очевидно, если принять во внимание, что в верхней точке траектории горизонтальная компонента скорости не равна нулю за счет силы Кориолиса. В этом смысле бросок вертикально вверх мало чем отличается от броска под углом к горизонту.

А Кориолис на Земле есть, надо только не полениться и сравнить...

При оговоренных выше параметрах угловая скорость 0,099рад/с, т.е. станция совершает один оборот за 2*3,14/0,099=63сек. Т.е. примерно за минуту, что в 1440 раз быстрее, чем в случае с Землей. Стало быть и сила Кориолиса на такой станции примерно в 1400 раз больше, чем на Земле.

[Намо]

Ох.... а говорили - раздолбай))
Собственно, против фактических вычислений действительно не попрешь, но я сторонник теоретических аргументов Не всегда же можно на практике проверить. В этом недостаток эмпирического подхода
Здесь очевидная аналогия - яблоко не упадет на место точно так же, как и в двигающемся с ускорением автобусе.
Так что в данном случае спутал не я, а Ronnie - инерциальные системы отсчета с неинерциальными.

[Намо]

Вот так потихоньку и наберется молодому человеку на кандидатскую, не то что на конкурс

[Wasp]

Трабла в движении с ускорением. Тело при движении сохраняет прямолинейную траекторию, если вы постараетесь его повернуть, нужно приложить к нему ускорение. Прилагается оно через силы упругости, и мы его ( на станции ) субъективно воспринимаем как вес. К подброшенному мячу никто ничего не прилагает(если не считать гравитацию\сопротивление воздуха), и он по-честному пытается двигаться свободно, улетая с вращательной траектории, в то время, как мы остаёмся на ней. Относительно ветра - он будет, причина у него вот в чём. Молекулы, которые двигаются от центра к краю, имеют меньшую линейную скорость, чем те, что уже там. Те, кто двигаются от края к центру, напротив, имеют большую скорость, чем те, что уже в центре, перемешивание будет постоянным, в результате в центре воздух вращается с большей угловой скоростью, чем станция, а у края с меньшей. Для наблюдателя на краю это будет выглядеть как ветер в сторону вращения у головы и ветер в противоположную у ног.

По медицине - думаю, "сила Кориолиса" не так страшно, как разброс гравитации, скорее всего из за него будут и отёки, и проблемы с сосудами, и интоксикация из-за кривой работы печени и почек, проблемы с сердцем и нервами. (Хотя тут я ни разу не эрудирован.) Но и то, и то снижается при увеличении радиуса вращения и уменьшении угловой скорости.

ЗЫ на Земле причиной муссонов и пассатов является как раз она, "сила Кориолиса", из-за неё же один берег у реки, как правило, обрыв, а второй пологий.

[Ronnie]

Ох.... а говорили - раздолбай))
Собственно, против фактических вычислений действительно не попрешь, но я сторонник теоретических аргументов Не всегда же можно на практике проверить. В этом недостаток эмпирического подхода
Здесь очевидная аналогия - яблоко не упадет на место точно так же, как и в двигающемся с ускорением автобусе.
Так что в данном случае спутал не я, а Ronnie - инерциальные системы отсчета с неинерциальными.

Системы я не перепутал, просто не учитывал Кориолиса, и очень зря. Без него все было бы идеально, потому что, перейдя в неинерциальную СО, мы бы добавили к "отсутствующим" у яблока силам силу инерции, которая бы имитировала силу притяжения, и на этом бы все кончилось. То есть не было бы сил, отклоняющих яблоко в сторону (при пренебрежении Кориолисом). В данном же случае даже при радиусе в 1 км частота вращения очень велика по сравнению с земной, поэтому и кориолисово ускорение, по моим прикидкам, порядка одного м/c2 получается... что есть ППЦ 

[Риббонс Альмарк]

поэтому и кориолисово ускорение, по моим прикидкам, порядка одного м/c2 получается... что есть ППЦ  

Ну это зависит от скорости движущегося тела... угловая скорость примерно 0,1 рад/с, так что если 10 м/с, то, да, ускорение действительно будет 1м/с². И, да, это действительно ппц. Так что я в начале темы был не прав, я тогда вообще забыл про Кариолиса. А вот теперь мне кажется, что на организм именно оно и будет влиять. Так кто-нибудь в курсе с какой скоростью течет кровь по кровеносным сосудам?  

Системы я не перепутал, просто не учитывал Кориолиса

Не учитывал? А как же тогда это :

Кстати, насчет Кориолиса - там векторное произведение [w x v], поэтому яблоко упадет точно обратно в руки, ведь направление скорости яблока за время полета вверх-вниз равное время будет противоположным 

   

[Намо]

Так кто-нибудь в курсе с какой скоростью течет кровь по кровеносным сосудам?

аорта – 500-600 мм/c:
артерии – 150-200 мм/c,
артериолы – 5 мм/c,
капилляры – 0,5 мм/c,
средние вены – 60-140 мм/c,
полые вены - 200 мм/c.

Кстати, насчет Кориолиса - там векторное произведение [w x v], поэтому яблоко упадет точно обратно в руки, ведь направление скорости яблока за время полета вверх-вниз равное время будет противоположным

Напомнило мне задачку: из пункта А в пункт Б автомобиль ехал со скоростью 40 км/ч, а обратно со скоростью 60 км/ч. Найти среднюю скорость движения автомобиля. Ответ 50 ошибочен. Что-то похожее здесь.

[Риббонс Альмарк]

аорта – 500-600 мм/c:
артерии – 150-200 мм/c,
артериолы – 5 мм/c,
капилляры – 0,5 мм/c,
средние вены – 60-140 мм/c,
полые вены - 200 мм/c.

Ну вот, теперь, если известна плотность крови и диаметр соответствующих сосудов, то можно будет оценить дополнительное давление на стенки сосудов... ну и сравнить его с обычным давлением.