Życie na orbicie - czym jest stan nieważkości?

RIng6ZUpXXYaM

Kosmos jest obiektem badań współczesnej nauki, w tym także fizyki. Misje załogowe, np. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), są opcją na zbadanie najbliższego sąsiedztwa Ziemi, a także prowadzenie badań w warunkach znikomej grawitacji, co nie jest możliwe do osiągnięcia na Ziemi. Jak wygląda życie astronautów w kosmosie? Czym jest stan nieważkościnieważkośćstan nieważkości? Jakie warunki panują na orbicie? Dowiesz się z tego materiału.

Twoje cele

przeanalizujesz, jak wygląda życie na orbicie;
pogrupujesz wiadomości dotyczące ciężaru i nieważkości;
objaśnisz, czym jest przeciążenie i niedociążenie.

Stan nieważkości

Waga każdego ciała na Ziemi zależna jest od jego masy, czyli tak naprawdę rodzaju substancji, z jakiej to ciało jest zbudowane. Zależy także od siły przyciągania między masami Ziemi i tego ciała, zgodnie z prawem powszechnego ciążenia:

F = G \frac{m_{1} \cdot m_{2}}{r^{2}}

gdzie:
$G$ – stała grawitacji,
$m_{1}$ , $m_{2}$ – masy oddziałujących ciał,
$r$ – odległość między środkami mas.

Siła ta jest siłą bezkontaktową, oznacza to, że dwa oddziałujące na siebie ciała nie muszą być bezpośrednio związane. Będąc na Ziemi nie odczuwamy grawitacji dopóki nie działa siła przeciwna, będąca już siłą kontaktową. Stojąc na ziemi działa na nas grawitacja, która przyciąga ciało do podłoża, dostrzegamy tę siłę jednak dzięki reakcji podłoża, które na nas oddziałuje kontaktowo. Siłę grawitacji postrzegamy dzięki temu jako ciężar.

R1X1sVPlQ1Ych

Stopa na klocku. Pionowo w dół, z czubkiem grota na górnej powierzchni klocka, narysowany wektor, opisany jako ciężar. Pionowo w górę, z czubkiem grota na dolnej powierzchni klocka narysowany wektor, opisany jako reakcja podłoża. Wektory mają tę samą długość. — Ciężar i reakcja podłoża
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Gdyby podłoże nagle zniknęło, doświadczylibyśmy swobodnego spadania, które moglibyśmy interpretować jako stan nieważkości, ponieważ przestalibyśmy odczuwać grawitację. Swobodny spadek to taki ruch, w którym jedyną działającą siłą jest właśnie grawitacja. Identycznie jest w przestrzeni kosmicznej, nie ma tam żadnego ośrodka, więc w próżni działa tylko siła grawitacji. Dlaczego zatem wszystkie satelity krążące wokół Ziemi na nią nie spadają? Teoretycznie doświadczają przecież spadku swobodnego, ale wszystkie poruszają się po orbicie jak w ruchu po okręgu. Poruszają się zatem z pewną prędkością liniową, która pozwala im utrzymać się na orbicie. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna porusza się z prędkością $7, 66 \frac{km}{s}$ . Ruch po okręgu związany jest z obecnością siły dośrodkowej. Siłą tą jest właśnie siła grawitacji. Wyraża się ją wzorem:

F = \frac{m \cdot v^{2}}{r}

gdzie:
$m$ – masa poruszającego się ciała,
$v$ – prędkość w ruchu po okręgu,
$r$ – promień orbity.

Uwaga!

Orbita kołowa jest rzadkim przypadkiem, stosowanym zwykle jako przybliżenie. Obiekty poruszające się po orbitach zamkniętych, robią to zwykle po elipsach (ale i na orbicie eliptycznej działa tylko grawitacja, spełniająca rolę siły dośrodkowej).

Przykład 1

Oblicz wysokość orbity Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

R1RwnIRHWuUET

W centralnej części ilustracji Ziemia o promieniu duże er. Wokół niej, o promieniu o małe ha dłuższym, okrąg symbolizujący orbitę. Promień orbity oznaczony jako małe er. Na orbicie narysowane kółko symbolizujące stację kosmiczną. Stycznie do okręgu, od stacji narysowany wektor fał, prędkość stacji. — Schemat orbity Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Skala odległości nie została zachowana - patrz: wynik obliczeń w przykładzie <math aria‑label="pierwszym">1.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rozwiązanie

Na stację działa siła dośrodkowa równa sile grawitacji:

$\frac{m \cdot v^{2}}{r} = G \frac{m \cdot M}{r^{2}}$ .

Po uproszczeniu przez $r$ i $m$ otrzymujemy:

$v^{2} = G \frac{M}{r}$ , a następnie przekształcamy aby obliczyć $r$ :

$r = G \frac{M}{v^{2}}$

i podstawiamy wielkości:

stała grawitacji $G = 6, 67 \cdot 10^{- 11} N \frac{m^{2}}{{kg}^{2}}$ ,

masa Ziemi $M = 5, 98 \cdot 10^{24} kg$ ,

prędkość stacji $v = 7, 66 \frac{km}{s} = 7, 66 \cdot 10^{3} \frac{m}{s}$ .

$r = 6, 67 \cdot 10^{- 11} N \frac{m^{2}}{{kg}^{2}} \cdot \frac{5, 98 \cdot 10^{24} kg}{{(7, 66 \cdot 10^{3} \frac{m}{s})}^{2}} = 0, 68 \cdot 10^{7} m = 6800 km$ .

Promień Ziemi $R$ wynosi około $6370 km$ a zatem wysokość orbity $h$ jest różnicą promienia orbity $r$ i promienia Ziemi:

$h = r - R$ ,

$h = 6800 km - 6370 km = 430 km$ .

Przykład 2

Oblicz promień orbity satelity stacjnarnego $KK 11412$ znajdującego się nad jednym punktem równika Ziemi.

Rozwiązanie

Na satelitę działa siła dośrodkowa równa sile grawitacji:

$\frac{m \cdot v^{2}}{r} = G \frac{m \cdot M}{r^{2}}$ .

Po uproszczeniu przez $r$ i $m$ otrzymujemy:

$v^{2} = G \frac{M}{r}$ .
Prędkość satelity w ruchu po okręgu, a za taki uznamy ruch po orbicie, możemy wyrazić wzorem:

$v = \frac{2 π r}{T}$ .

Po połączeniu wzorów otrzymujemy:

$\frac{4 π^{2} r^{2}}{T^{2}} = G \frac{M}{r}$ ,

a po przekształceniu na $r$ otrzymujemy:

$r^{3} = G \frac{M \cdot T^{2}}{4 π^{2}}$ , a zatem:

$r = \sqrt[3]{G \frac{M \cdot T^{2}}{4 π^{2}}}$

i podstawiamy wielkości:

stała grawitacji $G = 6, 67 \cdot 10^{- 11} N \frac{m^{2}}{{kg}^{2}}$ ,

masa Ziemi $M = 5, 98 \cdot 10^{24} kg$ ,

okres obiegu satelity, aby znajdował się nad jednym punktem równika to czas trwania doby czyli obrotu Ziemi $T = 24 h = 86400 s$ (bez uwzględniania rzeczywistego, gwiazdowego okresu obrotu).

$r = \sqrt[3]{6, 67 \cdot 10^{- 11} N \frac{m^{2}}{{kg}^{2}} \frac{5, 98 \cdot 10^{24} kg \cdot {(86400 s)}^{2}}{4 \cdot {(3, 14)}^{2}}} = \sqrt[3]{75, 5 \cdot 10^{21} m^{3}} = 4, 23 \cdot 10^{7} m$ .

Podsumowując: nieważkość jest to stan, kiedy na ciało działa tylko siła grawitacji, czyli żadne siły zewnętrzne nie wywołują nacisku na ciało. Wtedy ciało takie nie odczuwa ciężaru, mimo że posiada masę. Czy stan nieważkości możemy odczuwać tylko w kosmosie, będąc na ISS?

Stan ten możemy odczuwać też na Ziemi. Przykładami tu mogą być skok na bungee, BASE jumping, lot samolotem lub przejażdżka rollercoasterem w parku rozrywki. W przypadku dwóch pierwszych skacze się z dużej wysokości, na początku lotu spadając swobodnie (w pewnym momencie osiąga się tzw. prędkość granicznąprędkość granicznaprędkość graniczną, wynikającą z oporu powietrza). W krótkich fragmentach lotu lub przejażdżki, tor ruchu może być łukiem paraboli np. podczas osiągania maksymalnej wysokości. Kiedy zniosą się wszystkie działające siły poza grawitacją, czyli siła ciągu silników jest zminimalizowana tylko by kompensować opór powietrza, doświadczamy w bardzo krótkim czasie stanu nieważkości. W lotnictwie jest to opisywane jako „zero g” czyli stan, w którym nie odczuwamy ciężaru. Amerykańska firma o nazwie ZERO–G organizuje komercyjne loty, podczas których możemy odczuć stan nieważkości. Samolot wykonuje podczas lotu aż $15$ łuków parabolicznych, z których każdy trwa około $20$ – $30$ sekund. Koszt takiego lotu to minimum $8000$ dolarów amerykańskich.

R3EaiYYZYr09w

Ilustracja złożona z dwóch zdjęć. Na lewym zdjęciu ludzie jadący rollercoasterem, na prawym zdjęciu samolot oraz zaznaczony tor ruchu samolotu, mocno zakrzywiony w dół. — Stan nieważkości można uzyskać podczas przejażdżki rollercoasterem w parku rozrywki lub lotu samolotem
Źródło: dostępny w internecie: Pxhere.com / Pexels.com, licencja: CC BY 3.0.

R1EGTAVgZdeNe

Stephen Hawking w stanie nieważkości podczas lotu Boeingiem 727. — Stephen Hawking w stanie nieważkości podczas lotu Boeingiem 727
Źródło: Jim Campbell/Aero-News Network, dostępny w internecie: http://commons.wikimedia.org [dostęp 17.09.2022], domena publiczna.

Nieważkości nie uzyskamy raczej w windzie, ale możemy odczuć wrażenia zbliżone. Podczas ruszana windą do góry lub jej hamowania przy jeździe w dół, odczuwamy większy ciężar, jesteśmy wtedy bardziej dociskani do podłoża dzięki przyspieszeniu zmieniającej prędkość windy. Podczas ruszania windą w dół lub jej hamowania przy jeździe w górę, czujemy się lżejsi, dzięki przeciwnemu przyspieszeniu windy odczuwamy mniejszy ciężar. Zjawiska te noszą nazwy odpowiednio przeciążenia i niedociążenia i związane są ze zmianą prędkośći (czyli z przyspieszeniem; jazda w dół czy w górę ruchem jednostajnym nie wiąże się ze zmianą ciężaru). W windzie są one odczuwalne w niewielkim stopniu i na pewno nie przekraczamy tutaj żadnej wartości „g”. Nieważkość moglibyśmy odczuwać gdyby winda poruszała się w dół z przyspieszeniem ziemskim – moglibyśmy poczuć się wtedy jak na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej lub podczas lotu za $8000$ dolarów. Niestety taka sytuacja mogłaby się zdarzyć tylko podczas zerwania windy. Przeciążenia i niedociążenia odczuwamy też podczas lotu samolotem lub jazdy rollercoasterem. W przypadku tych ostatnich, niektóre osiągają przeciążenia nawet $6, 5 g$ w japońskim parku rozrywki Fuji–Q Highland.

REMDNX22xNq8h

Zdjęcie kobiety znajdującej się w szklanej windzie. Na suficie windy jest lustro, w które kobieta patrzy. — W spadającej swobodnie windzie może wystąpić stan nieważkości
Źródło: dostępny w internecie: Unsplash.com, licencja: CC BY 3.0.

Przykład 3

Jaką siłą działa człowiek o masie $80 kg$ na podłogę windy poruszającą się do góry z przyspieszeniem $2, 5 \frac{m}{s^{2}}$ , a jaką gdyby winda poruszała się w dół z takim samym przyspieszeniem? Przyjmij przyspieszenie ziemskie równe $10 \frac{m}{s^{2}}$ .

Rozwiązanie

Jeśli winda porusza się z przyspieszeniem skierowanym pionowo do góry, to obok ciężaru człowieka na podłogę będzie wywierana siła bezwładności, którą można zapisać jako:

$F_{b} = m \cdot a$ .

Całkowita siła będzie więc sumą ciężaru i siły bezwładności:

$F = Q + F_{b} = m \cdot g + m \cdot a = m (g + a)$ ,

$F = 80 kg (10 \frac{m}{s^{2}} + 2, 5 \frac{m}{s^{2}}) = 80 kg \cdot 12, 5 \frac{m}{s^{2}} = 1000 N$ .

Jeżeli winda porusza się z przyspieszeniem skierowanym pionowo do dołu, to siła bezwładności będzie działała do góry, a zatem całkowita siła będzie różnicą ciężaru i siły bezwładności.

$F = Q - F_{b} = m \cdot g - m \cdot a = m (g - a)$ ,

$F = 80 kg (10 \frac{m}{s^{2}} - 2, 5 \frac{m}{s^{2}}) = 80 kg \cdot 7, 5 \frac{m}{s^{2}} = 600 N$ .

Jak zatem wygląda życie na orbicie? Astronauci podczas misji, np. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, znajdują się w stanie nieważkości. Stan taki dla organizmu jest porównywalny z leżeniem, astronauci zatem mają obowiązkowe ćwiczenia fizyczne – ponad dwie godziny dziennie. Już kilka dni w przestrzeni kosmicznej może spowodować problemy zdrowotne. Astronauci często przez kilka tygodni po powrocie przyzwyczajają się do grawitacji. Nieważkość ma też wpływ na układ nerwowy. Organizm przestaje odczuwać kierunki. Dezorientacja może powodować mdłości i problemy z oddychaniem. W kwestii higieny używa się specjalnych substancji myjących działających bez wody, gdyż w stanie nieważkości wszystko się unosi – wzięcie prysznica byłoby niemożliwe. Astronauci śpią w specjalnych śpiworach, które przymocowane są do ścian w stacji. W czasie posiłków przypinają się pasami do siedzenia. W sieci (np. wpisując w wyszukiwarkę YouTube frazę „inside ISS” albo „ISS Chris Hadfield”) możesz znaleźć wiele ciekawych i zabawnych filmików, obrazujących codzienne czynności wykonywane na stacji ISS. Astronauci oczywiście przechodzą specjalne szkolenia i treningi, które przygotowują ich do pełnienia takich misji. Rzeczą, która zdecydowanie wynagradza wiele wyrzeczeń, jest możliwość obserwowania wciąż zmieniających się fragmentów Ziemi oraz wielu wschodów i zachodów Słońca w ciągu jednej doby, ponieważ stacja wykonuje prawie $16$ okrążeń wokół Ziemi dziennie.

Ro4VCIksnlYSi

Mężczyzna w stanie nieważkości na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Obok niego materiałowe opakowania, nie spadające na podłogę mimo puszczenia ich. — Międzynarodowa Stacja Kosmiczna
Źródło: dostępny w internecie: Flickr.com, domena publiczna.

Życie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS – International Space Station, MKC – Международная Космическая Станция) jest to najdroższy w dziejach ludzkości projekt naukowy, w ramach którego przy współudziale wielu państw wybudowano stację kosmiczną. Na stacji może przebywać siedmiu członków załogi. Pierwsze moduły wyniesiono na orbitę w 1998 r., a pierwsza załoga przybyła w 2000 r.

RZWrRbOvIPQq81

Ilustracja okrągła. W centralnej części Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Tło czarne, w lewym dolnym rogu fragment globu ziemskiego, nad stacją pięć pięcioramiennych gwiazdek, ułożonych na kształt rozciągniętej litery M. Na obwodzie ilustracji flagi państw: Kanady, Japonii, Rosji, Belgii, Danii, Francji, Niemiec, Włoch, Holandii, Norwegii, Hiszpanii, Szwecji, Szwajcarii, Wielkiej Brytanii, Stanów Zjednoczonych. — Logo programu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej
Źródło: dostępny w internecie: wikipedia.org [dostęp 3.02.2023], domena publiczna.

W projekcie biorą udział:

NASA – Stany Zjednoczone,
Roskosmos – Rosja,
ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) – członkowie:
- od 30.10.1980 r.: Francja, Niemcy, Włochy, Wielka Brytania, Hiszpania, Belgia, Holandia, Szwajcaria, Szwecja, Dania,
- od 10.12.1980 r.: Irlandia,
- od 30.12.1986 r.: Norwegia, Austria,
- od 01.01.1995 r.: Finlandia,
- od 14.11.2000 r.: Portugalia,
- od 09.03.2005 r.: Grecja,
- od 30.06.2005 r.: Luksemburg,
- od 08.07.2008 r.: Czechy,
- od 23.12.2011 r.: Rumunia,
- od 19.11.2012 r.: Polska,
- od 04.02.2015 r.: Estonia,
- od 24.02.2015 r.: Węgry,
- od 05.07.2016 r.: Słowenia.
CSA – Kanada,
JAXA – Japonia.

Budowa stacji

Na poniższej grafice interaktywnej możesz zapoznać się z budową Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Punkty interaktywne umieszczone są w kolejności podłączania poszczególnych modułów do stacji z wyjątkiem ostatniego punktu, symbolizującego odłączony moduł.

RFn87A2NvXl5H1

Budowa Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS, stan na grudzień dwa tysiące dwudziestego drugiego roku. Moduł Zaria (ros. Заря). Jest to pierwszy moduł Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zbudowany przez Rosjan, lecz sfinansowany przez Stany Zjednoczone. Dwudziestego listopada tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątego ósmego roku został wyniesiony z kosmodromu Bajkonur na orbitę przez rakietę Proton-K. Moduł ten w początkowej fazie misji dostarczał energię elektryczną, zapewniał stabilizację i umożliwiał manewry oraz komunikację. Obecnie (od sierpnia dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku – po dołączeniu nowych, bardziej wyspecjalizowanych modułów) pełni funkcje magazynowe:w środku (w części, w której utrzymywane jest normalne ciśnienie), na zewnątrz (magazynuje paliwo w zbiornikach). Moduł Unity. Jest to drugi moduł ISS. Został zbudowany przez Stany Zjednoczony i wyniesiony na orbitę czwartego grudnia tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątego ósmego roku przez wahadłowiec Endeavour w misji STS-88 z kosmodromu NASA na przylądku Canaveral, a połączony z pierwszym modułem szóstego grudnia tego samego roku. Pełni funkcję łącznika pomiędzy innymi modułami stacji. Moduł Zwiezda (ros. Звезда). Zbudowany przez Rosjan moduł został wyniesiony na orbitę dwunastego lipca dwutysięcznego roku przez rakietę Proton-K z kosmodromu Bajkonur, a połączony z resztą stacji dwudziestego szóstego lipca tego samego roku. Moduł ten jest podobny do modułu DOS-7 będącego głównym modułem radzieckiej stacji Mir, która znajdowała się na orbicie w latach 1986–2001. Zwiezda pełni funkcję modułu serwisowego. Znajdują się w niej także kabiny dla dwóch członków załogi oraz m.in. toaleta czy system korekcji orbity. Moduł Destiny. Amerykański moduł został wyniesiony na orbitę siódmego lutego dwa tysiące pierwszego roku przez prom kosmiczny Atlantis w misji STS-98 z kosmodromu NASA na przylądku Canaveral. Moduł ten jest głównym amerykańskim modułem laboratoryjnym, w którym prowadzone są różne badania. Moduł Quest. Zbudowany przez Stany Zjednoczone moduł został wyniesiony na orbitę dwunastego lipca dwa tysiące pierwszego roku przez wahadłowiec Atlantis w misji STS-104 z kosmodromu NASA na przylądku Canaveral. Jest to śluza umożliwiająca wyjście ze stacji kosmicznej do przestrzeni kosmicznej. Wykorzystywana jest zarówno przez Amerykanów, jak i Rosjan. Umożliwia spacery kosmiczne w amerykańskich kombinezonach EMU i rosyjskich Orłan (ros. Орлан). Moduł ten składa się ze śluz oraz zbiorników z tlenem i azotem. Moduł Harmony. Moduł ten został zbudowany przez Alenia Spazio w Turynie na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej dla NASA. Dwudziestego trzeciego października dwa tysiące siódmego roku wahadłowiec Discovery wyniósł go na orbitę w misji STS-120 z kosmodromu NASA na przylądku Canaveral. Moduł stanowi łącznik pomiędzy amerykańskim (Destiny), europejskim (Columbus) i japońskim (Kibō) laboratorium. Służy także do zapewnienia zasilania oraz dokowania bezzałogowych misji zaopatrzeniowych realizowanych statkami Cygnus i Dragon. Mieszczą się w nim miejsca noclegowe dla czterech członków załogi. Moduł Columbus. Zbudowany przez Europejską Agencję Kosmiczną moduł został wyniesiony na orbitę siódmego lutego dwa tysiące ósmego roku przez wahadłowiec Atlantis w misji STS-122 z przylądka Canaveral. Służy jako główny europejski moduł badawczy. Jest to największa samodzielna inwestycja Europejskiej Agencji Kosmicznej w projekt Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Początkowo moduł budowano jako fragment europejskiej stacji kosmicznej. Prowadzone są na nim badania dotyczące stanu nieważkości. Moduł Kibō (jap. きぼう). Moduł ten został zbudowany przez JAXA (Japońską Agencję Eksploracji Aerokosmicznej) i wyniesiony na orbitę w trzech misjach startujących z przylądka Canaveral: jedenastego marca dwa tysiące ósmego roku przez wahadłowiec Endeavour w misji STS-123, trzydziestego pierwszego maja dwa tysiące ósmego roku przez wahadłowiec Discovery w misji STS-124, piętnastego lipca dwa tysiące dziewiątego roku przez wahadłowiec Endeavour w misji STS-127. Moduł ten jest japońskim laboratorium badawczym, służy do prowadzenia badań w próżni. Składa się z części magazynowej i eksperymentalnej. Każda z tych części posiada część hermetyczną, w której utrzymywane są warunki umożliwiające życie, oraz część zewnętrzną wystawioną na działanie próżni i promieniowania kosmicznego. W części eksperymentalnej poruszanie próbkami możliwe jest dzięki specjalnemu ramieniu manipulacyjnemu (JEMRMS). Moduł Poisk (ros. Поиск). Rosyjski moduł został wyniesiony na orbitę dziesiątego listopada dwa tysiące dziewiątego roku przez rakietę Sojuz-U z kosmodromu Bajkonur w statku bezzałogowym Progress M-SO2. Jest on śluzą powietrzną umożliwiającą spacery kosmiczne oraz służącą do dokowania rosyjskich statków Progress oraz Sojuz. Moduł Tranquillity. Moduł zbudowano na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej dla NASA i wyniesiono na orbitę ósmego lutego dwa tysiące dziesiątego roku za pomocą wahadłowca Endeavour w misji STS-130 z przylądka Canaveral. Jest to trzeci i ostatni planowany moduł łącznikowy stacji. Znajdują się w nim m.in. toaleta, systemy podtrzymywania życia czy sprzęt do ćwiczeń. Moduł Cupola. Zbudowany dla NASA na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej moduł został wyniesiony na orbitę ósmego lutego dwa tysiące dziesiątego roku przez wahadłowiec Endeavour w misji STS-130 z przylądka Canaveral wraz z modułem Tranquillity. Jest to zespół siedmiu okien ułożonych w kopułę, służący do obserwacji prac prowadzonych na zewnątrz stacji kosmicznej, dokonywania przeglądów, a także obserwacji innych ciał niebieskich. Każda z zamontowanych szyb jest pancerna, a każde okno wyposażono dodatkowo w okiennice służące do ochrony szyb przed uderzeniami meteorytów czy kosmicznych śmieci. Moduł Rasswiet (ros. Рассвет). Rosyjski moduł wyniesiono na orbitę czternastego maja dwa tysiące dziesiątego roku za pomocą wahadłowca Atlantis w misji STS-132 z przylądka Canaveral. Służy jako magazyn oraz do dokowania statków transportujących zapasy. Moduł Leonardo. Pierwotnie moduł został zbudowany na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej jako kontener do transportu zaopatrzenia z Ziemi za pomocą wahadłowców. W stosunku do statków Progress cechował się znacznie większą pojemnością. W ciągu jednej misji był wysyłany wraz z zaopatrzeniem i cumowany do stacji, a następnie napełniano go odpadkami i wysyłano na Ziemię. Powstały w ten sposób trzy bliźniacze moduły: Leonardo, Raffaello, Donatello. Moduł Leonardo w dwa tysiące dziesiątym roku został przebudowany – wzmocniono m.in. osłony mające chronić go przed uderzeniami meteorytów. Po przebudowie został wyniesiony na orbitę dwudziestego czwartego lutego dwa tysiące jedenastego roku przez wahadłowiec Discovery w jego ostatniej misji STS-133 z przylądka Canaveral. Moduł służy jako dodatkowy magazyn na ISS. Bigelow Expandable Activity Module. Moduł ten został zbudowany przez firmę Bigelow Aerospace na zlecenie NASA. Jest to testowy nadmuchiwany moduł stacji kosmicznej. Ósmego kwietnia dwa tysiące szesnastego roku został wyniesiony na orbitę przez rakietę Falcon 9 firmy SpaceX w misji CRS-8 z przylądka Canaveral. Moduł miał zostać zamontowany do stacji kosmicznej jedynie w celu testowania zastosowania nadmuchiwanych modułów w budowie stacji kosmicznych. Swoje zadanie spełnił jednak znakomicie, więc nadal jest przymocowany do stacji kosmicznej i służy jako dodatkowa powierzchnia magazynowa. Moduł Nauka (ros. Нау́ка). Zbudowany przez Rosjan moduł został wyniesiony na orbitę dwudziestego pierwszego lipca dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku przez rakietę Proton-M z kosmodromu Bajkonur. Służy jako rosyjskie laboratorium badawcze. Znajduje się w nim m.in. system regeneracji powietrza czy śluza powietrzna pozwalająca na dokonywanie spacerów kosmicznych. Może w nim spać jeden astronauta. Podczas misji napotkano wiele problemów, m.in. po odłączeniu modułu od rakiety nie można było włączyć silników, które miały na celu przemieszczenie go i zamocowanie w odpowiednim porcie stacji (problem rozwiązano, używając silników zapasowych), a także po podłączeniu modułu do stacji w wyniku błędnego fragmentu kodu silniki modułu włączyły się na 15 minut, co doprowadziło do utraty kontroli nad stacją i jej obrotu (skutki zniwelowano, włączając silniki innych modułów i wyrównując lot). Moduł ten został zamontowany w miejscu, w którym wcześniej znajdował się moduł Pirs. Moduł Priczał (ros. Причал). Rosyjski moduł został wyniesiony na orbitę dwudziestego czwartego listopada dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku przez rakietę Sojuz 2.1b z kosmodromu Bajkonur. Moduł ten ma dwie części (mieszkalną i zawierającą instrumenty do obsługi systemów pokładowych) i posiada sześć portów:jeden, którym jest podłączony do stacji kosmicznej,cztery służące do podłączenia kolejnych modułów,jeden służący do dokowania rosyjskich statków zaopatrzeniowych. Moduł pierwotnie był budowany jako jedyny stały element rosyjskiej stacji kosmicznej OPSEK. Moduł Pirs (ros. Пирс). Moduł ten został zbudowany przez Rosjan i wyniesiony na orbitę czternastego sierpnia dwa tysiące pierwszego roku przez rakietę Sojuz-U z kosmodromu Bajkonur. Służył jako port dokujący dla rosyjskich statków transportowych Progress oraz Sojuz, a także jako śluza powietrzna do wykonywania spacerów kosmicznych. Znajdował się w miejscu, w którym obecnie jest moduł Nauka. Został odłączony od stacji dwudziestego szóstego lipca dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku wraz ze statkiem Progress MS-16 (stanowił napęd do tej operacji, gdyż moduł nie był wyposażony w silniki), a następnie tego samego dnia zdezorbitowany. Uległ spaleniu w atmosferze ziemskiej w niecałe osiemnaście minut. Panele fotowoltaiczne. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna wyposażona jest w wiele paneli fotowoltaicznych zapewniających zasilanie wszystkich modułów stacji. Panele odbijają duże ilości światła słonecznego i sprawiają, że nawet w ciągu dnia stacja jest bardzo dobrze widoczna na niebie. Integrated Truss Structure. Są to kratownicowe elementy konstrukcyjne będące kręgosłupem stacji kosmicznej. Zamontowane do niej są wszystkie moduły, panele fotowoltaiczne oraz radiatory, a także urządzenia komunikacyjne.

Budowa Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Źródło: NASA, Europejska Agencja Kosmiczna, edycja: GroMar Sp. z o. o., domena publiczna.

Podczas pracy

Załoga podczas pracy obsługuje dużo eksperymentów – zarówno już obecnych na stacji, jak i mających dopiero być do niej dołączonych. Trzeba również zadbać o czystość i sprawność sprzętów obecnych na ISS, a więc dokonywać regularnych ich przeglądów.

R1RATCdWXNIKw

Zdjęcie. W tle fragment kuli ziemskiej. W centralnej części statek zaopatrzeniowy Cygnus podlatujący do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, której fragmenty widoczne są u dołu zdjęcia. Cygnus ma kształt walca. Po przeciwległych bokach podstawy ma zamocowane dziesięciokątne panele słoneczne. — 26.03.2016, statek zaopatrzeniowy Cygnus powoli podlatuje w kierunku ISS; następnie zostanie przechwycony przez robota i zadokowany.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R7JMcOOyHb7N3

Zdjęcie. W centralnej części kobieta ubrana w czerwoną koszulkę, którą ma włożoną w spodnie. Jej długie, związane w kucyk włosy, unoszą się swobodnie. Kobieta znajduje się w pozycji nienaturalnej w warunkach grawitacji ziemskiej - wygląda, jakby siadała na niewidocznym krześle. Wokół kobiety widoczne liczne kable i urządzenia elektroniczne, przyczepione do ścian. — 8.12.2020, Shannon Walker podczas aktywacji jednego z eksperymentów.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RW7LYtUaeTjRd

Zdjęcie. W centralnej mężczyzna ubrany w ciemną bluzę ze znaczkiem esa (european space agency) i zapiętą pod szyją imitacją muchy. Jego wzrok skupiony jest na dłoniach wyciągniętych do przodu rąk. Dłonie są skierowane podeszwą do siebie, a spomiędzy nich wystaje fragment żółtego przedmiotu. Mężczyzna stoi w takiej pozycji, że wygląda to jakby podpierał znajdującą się za Nim ścianę złożoną z urządzeń elektronicznych. Wokół mężczyzny widoczne są liczne kable i urządzenia elektroniczne, przyczepione do ścian. — 21.05.2021, Thomas Pesquet wykonujący badania nad odbiorem ,,sztuczek magicznych'' przez organizm człowieka w stanie nieważkości.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

Ryx74DodZpPEH

Zdjęcie. Astronauta w skafandrze. W tle fragment kuli ziemskiej. — 3.08.2004, Edward M. (Mike) Fincke w rosyjskim skafandrze montujący urządzenia eksperymentalne na ISS.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RofWMH8rZvrUW

Zdjęcie. Ściana urządzeń elektronicznych, do której podłączony jest komputer. Komputer nie ma standardowej klawiatury. Zamiast niej ma dużo małych guzików i pokręteł. — 18.04.2017, uruchamianie eksperymentu Echo.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RTFwbrqVOcIxO

Zdjęcie. Mężczyzna wisi w powietrzu, w jednej dłoni trzyma korpus aparatu fotograficznego, drugą trzyma na rączce dużego obiektywu, zamontowanego do tego aparatu. Patrzy przez wizjer aparatu. Znajduje się w małej, sześciokątnej kabinie z oknami. Obiektyw aparatu skierowany w jedno z okien, prawie dotyka szyby. — 6.06.2020, Jeff Williams robi zdjęcia Ziemi przez okno ISS.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RNrH9qjbI9aAJ

Zdjęcie. W centralnej części mężczyzna ubrana w ciemną koszulkę, którą ma włożoną w jasne spodnie. Mężczyzna znajduje się w takiej pozycji, że wygląda, jakby siedział na niewidocznym krześle zawieszonym w powietrzu. Prawą dłonią przytrzymuje dymiące urządzenie podłączone kablami do ściany nad nim. Wokół mężczyzny widoczne są liczne kable i urządzenia elektroniczne, przyczepione do ścian. — 11.06.2021, Shane Kimbrough serwisuje sprzęt w ultrazimnej zamrażarce naukowej.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RMbNVIZhKMq79

Zdjęcie. W centralnej części szeroko uśmiechnięta kobieta, ubrana w ciemną bluzę. Jej długie włosy unoszą się swobodnie wokół głowy. Kobieta zna dłoniach ma niebieskie rękawiczki, w prawej dłoni trzyma pudełko. Nad lewą dłonią unosi się podobne, otwarte pudełka. Wokół kobiety widoczne liczne kable i urządzenia elektroniczne, przyczepione do ścian. — 10.01.2022, Kayla Barron przygotowuje do pracy miniaturowy mikroskop skanningowy do pomiarów składu cząsteczkowego na ISS.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R1Mtx51ZodSCc

Zdjęcie. Mężczyzna o krótkich, ciemnych włosach, ubrany w czarną koszulkę włożoną w jasne spodnie, trzyma przez grube rękawice duży, cylindryczny pojemnik, wkładając go w jeden z otworów w ścianie. — 2.03.2022, Tom Marshburn wkłada do zamrażalnika pobrane wcześniej próbki krwi.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RfgVTz5D1NM23

Zdjęcie. Mężczyzna w niebiesko‑szarym polarze w przedsionku między statkiem transportowym a modułem na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Otwór przedsionka jest okrągły, wokół otworu naklejone naklejki różnych misji kosmicznych. Mężczyzna patrzy w obiektyw. — 12.12.2022, Sergey Prokopyev w przedsionku między statkiem transportowym a modułem na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RN0fRNJpw024U

Zdjęcie. Kobieta ubrana w zieloną koszulkę, z zegarkiem na ręku, czołówką na czole i w masce oraz dużych okularach ochronnych. Dłonie ma ułożone na elektronice. Widoczne liczne, poukładane i pozwijane w eleganckie zwoje kable. — 22.12.2022, Anna Kikina podczas prac konserwacyjnych nad elektroniką.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R1P0LDhL9nGGo

Zdjęcie. Mężczyzna ubrany w zieloną koszulkę wpuszczoną w jasne spodnie. Stopy w czarnych skarpetkach przyczepione do jednej ze ścian paskami. Wokół dużo elektroniki, kabli, które czyści białą szmatką trzymaną przez białe rękawiczki. — 27.12.2022, Josh Cassada czyszczący urządzenia wewnątrz jednego z modułów laboratoryjnych ISS.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R1cZVaNpytBot

Zdjęcie. Kobieta o ciemnych, związanych włosach, ubrana w ciemną koszulkę wpuszczoną w zielone spodnie. Na lewej ręce ma zegarek analogowy. W dłoniach trzyma próbki umieszczone w strunówkach. Stoi przy stole, na których umieszczonych jest więcej takich próbek. Wokół niej widoczne jest dużo elektroniki. — 3.01.2023, Nicole Mann podczas badań nad wykorzystaniem genetycznie zmodyfikowanych drobnoustrojów w celu wytwarzania składników odżywczych i potencjalnie innych związków i farmaceutyków w kosmosie.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

Eksperymenty na stacji

Eksperymenty na ISS obejmują badanie kosmosu jak i Ziemi, wpływu stanu nieważkości na organizmy zwierzęce i roślinne oraz urządzeń. Służą ulepszaniu technik i urządzeń eksperymentalnych, dzięki którym coraz lepiej poznajemy świat oraz odkrywaniu nowych zastosowań znanych substancji.

RrANTlcRPwL3i

Zdjęcie. W tle część kuli ziemskiej, na której widoczne są liczne, długie, jasne kreski - wynik długiego czasu naświetlania. Na pierwszym planie moduł Sojuz. Jego dwie części są elipsoidalne. Pierwsza jest podczepiona do elementu uciętego górną krawędzią zdjęcia. Znajduje się na niej napis Sojuz zapisany cyrylicą, ilustracja flagi Rosji, oraz jeszcze dwie, które ciężko odczytać ze zdjęcia. Do drugiej elipsoidalnej części przyłączone są symetrycznie dwie linijki paneli słonecznych, a od dołu biały element o kształcie uciętego stożka. — 7.10.2016, zdjęcie Ziemi z długim czasem naświetlania z widocznym statkiem Sojuz.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RRXOlWH0ay1Qr

Zdjęcie. Widoczna dłoń dotykająca folii rękawa, w którym widoczne są czerwono‑brązowe liście sałaty. — 9.08.2015, sałata rosła przez trzydzieści trzy dni, po czym została częściowo zjedzona, a częściowo przygotowana i wysłana do analizy.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R1P3WV878XMd6

Zdjęcie. W przeszklonym pojemniku w ścianie, podświetlonym od środka, rośnie zboże. Jest zielone i wysokie prawie na wysokość pojemnika. — 12.03.2018, komora do wzrostu roślin; rzodkiewnik rósł przez sześć tygodni, karłowata pszenica przez pięć tygodni.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RIgEXbNI7uC23

Zdjęcie. W centralnej części metalowa rurka z licznymi, krótkimi odgałęzieniami. Wokół pnące się łodygi i liście uschniętej rośliny. — 1.05.2003, eksperyment służący badaniu rozwoju roślin, znajdujący się na ISS. Astronauci sieją rośliny, opiekują się nimi, a następnie zbierają próbki, które odsyłane są na Ziemię.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RQhZmgfD3rRLP

Zdjęcie. Na tle globu ziemskiego widoczny mały satelita w kształcie kostki obłożonej na ścianach panelami słonecznymi. — 20.06.2018, dołączanie NanoRacks‑Remove Debris Satellite, służącego zbadaniu technologii służących usuwaniu zagrożeń związanych z istnieniem śmieci kosmicznych.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RmJiTfgZtkAfk

Zdjęcie. Mężczyzna ubrany w ciemnoniebieską koszulkę wpuszczoną w jasne spodnie. Do paska ma przyczepione urządzenie od którego odchodzi kabel do znajdującego się na uchu mężczyzny urządzenia z mikrofonem sięgającym ust. Dłonie mężczyzny włożone są w rękawice będące częścią ścianki małego, przezroczystego namiotu. Wokół na ścianach liczne przedmioty, między innymi nożyczki, taśmy klejące, nawilżane chusteczki. — 16.04.2020, Chris Cassidy pracuje nad próbkami biologicznymi w ramach eksperymentu dotyczącego wpływu diety stosowanej podczas lotów kosmicznych na organizm człowieka.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RvFJQD9H2Ibe3

Zdjęcie. Na ścianie zamontowany duży, metalowy, przeszklony pojemnik. W środku liczne urządzenia pomiarowe, między innymi barometr oraz widoczna szklana bańka. Wokół dużo kabli. Obok podłączony tablet. — 29.07.2020, badanie nad formowaniem się kropel wody w stanie nieważkości, w jednym z laboratoriów na ISS. Ma ono na celu m.in. ulepszenie technik oszczędzania wody na Ziemi.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

Po pracy

Załoga w przerwie od pracy z pewnością się nie nudzi. Mają siebie nawzajem, karty, skafandry i aparaty, którymi dokumentują niemal każdą czynność wykonywaną na stacji i poza nią. Nie mówiąc o tym, że każda czynność jest wykonywana w stanie nieważkości, który jest dla nas nienaturalny!

Rk70tKWE3sohH

Zdjęcie. Kobieta o półdługich, ciemnych kręconych włosach, ubrana w czerwoną bluzę, wygląda przez okrągłe okno. Za oknem widać fragment modułu oraz chmury wiszące nad oceanem. — 8.04.2002, Ellen Ochoa wygląda przez okno jednego z laboratoriów na ISS.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RVZUjC5SOfGB4

Zdjęcie. Mężczyzna ubrany w czerwoną koszulkę wpuszczoną w krótkie ciemne spodenki i w białych skarpetach wisi w powietrzu. Obok niego w powietrzu znajdują się również cytryna, pomarańcza, jabłko oraz pomidor. Na jasnych ścianach naklejone zdjęcia i obrazki. — 27.05.2004, Edward M. (Mike) Fincke w module Zvezda ze spadającymi swobodnie owocami.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R12gHftdY4ctN

Zdjęcie. Przez okrągły otwór widoczne dwie postacie w białych koszulkach i ciemnych spodenkach, stojące między skafandrami kosmicznymi. — 2.08.2004, Gennady I. Padalka i Edward M. (Mike) Fincke pozują z rosyjskimi skafandrami.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

R1Z99y3KrDRnu

Zdjęcie. Mężczyzna ubrany w ciemną koszulkę wpuszczoną w zielone spodenki, na głowę ma założoną czapkę świętego Mikołaja postawioną na sztorc. W tle biała chusta z czerwonym obramowaniem i choinką. — 16.12.2004, Leroy Chiao pozuje ze świątecznymi dekoracjami.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RtD1KuZ3Lc3bw

2.01.2017, Peggy Whitson, Shane Kimbrough i Thomas Pesquet pozują z Robonautem - robotem przeznaczonym do zadań, których nie powinni wykonywać ludzie.

Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

Rz6c0bRZqNGnj

Zdjęcie. W pomieszczeniu o niebieskich ścianach znajduje się mężczyzna ubrany w ciemną koszulkę i jasne spodnie. Pozuje z masywnym, białym skafandrem, w którego hełmie odbija się reszta pomieszczenia. — 28.12.2022, Koichi Wakata pozuje ze skafandrem kosmicznym EMU (Extravehicular Mobility Unit).
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

RWJSoCVRbOcwp

Zdjęcie. Przez jedno z siedmiu okien kopuły, z których widoczne są cztery, widoczna jest twarz uśmiechniętego mężczyzny oraz spód jego dłoni. — 2.01.2023, Koichi Wakata wygląda przez jedno z siedmiu okien kopuły, tzw. okna na świat Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Źródło: dostępny w internecie: https://images.nasa.gov/ [dostęp 9.02.2023], domena publiczna.

Polecenie 1

Które moduły Międzynarodowej Stacji Kosmicznej są laboratoriami (służą do prowadzenia badań), a które pełnią inne funkcje (np. mieszkalne czy magazynowe)? Odpowiedz na pytanie. Odpowiedź i notatki możesz zapisać w polu poniżej.

R15ARHdB29N31

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

Czego dotyczą niektóre eksperymenty prowadzone na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej? Odpowiedz na pytanie. Odpowiedź i notatki możesz zapisać w polu poniżej.

RyBPCUSGfd8lv

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 3

Ile państw jest zaangażowanych w budowę i utrzymanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej? Odpowiedz na pytanie. Odpowiedź i notatki możesz zapisać w polu poniżej.

R1IQdXjsrFDK5

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nieważkość, przeciążenie i niedociążenie

R1IVkpKngq0g7

R1aKt9sXQvMmt

Ilustracja — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Transkrypcjaazurewhite

RXpg6zyUNZvXX

RGYTT6hL51Mp0

Transkrypcjaazurewhite

RfN5A5coqIX3r

RJiaO8q0imIOD

Transkrypcjaazurewhite

RIpQoa9kldvS4

R141IpnxRpzvB

Transkrypcjaazurewhite

RbT8OJ6sFTgAH

Rmxs8TQQstJir

Transkrypcjaazurewhite

RzbY60tICAYzF

R1PuPajomACeM

Transkrypcjaazurewhite

R1S58t2Wp4hpS

RdzgXh2O5Sn1C

Transkrypcjaazurewhite

RfZtCr0fgt55w

RLc7oPFU1gTDu

Transkrypcjaazurewhite

R1Po8cCEVko4g

RYHWNAUT4sY1I

Transkrypcjaazurewhite

R126W5fJKQ1jw

RhwOYaHFgYEBT

Transkrypcjaazurewhite

Slajd pierwszy:
Ilustracja. W centralnej części astronauta w skafandrze, znajdujący się w przestrzeni kosmicznej. Ciemne tło, upstrzone białymi punktami. W dolnej części na tle widoczny fragment kulistego ciała niebieskiego. W górnej części na tle widoczne całe ciało kuliste. Podpis. Nieważkość, przeciążenie i niedociążenie. Nieważkość, przeciążenie i niedociążenie to terminy związane z odczuwaniem ciężaru ciała. Odpowiednio nie odczuwamy ciężaru, odczuwamy większy lub mniejszy ciężar. Zjawisk nie doświadczymy tylko w kosmosie, mogą wydarzyć się w codziennym życiu.

Slajd drugi:
Ilustracja. Widoczne otwarte drzwi windy. W środku, na wadze, stoi człowiek. Podpis. Ważenie w windzie. Proste doświadczenie możemy przeprowadzić w windzie, stając w niej na wadze łazienkowej. Kiedy winda nie porusza się, możemy odczytać w sposób właściwy nasz ciężar.

Slajd trzeci:
Ilustracja. Ta sama winda, z tym samym człowiekiem. Obok windy strzałki w górę, symbolizujące wznoszenie się windy. Podpis. Ważenie w windzie podczas jazdy w górę. Jeśli winda zacznie się poruszać w górę to dodatkowo obok przyspieszenia ziemskiego będzie działało jeszcze przyspieszenie windy, a my odczuwamy dociskanie do podłoża – jest to przeciążenie.

Slajd czwarty:
Ilustracja. Ta sama winda, z tym samym człowiekiem. Obok windy strzałki w dół, symbolizujące opadanie windy. Podpis. Ważenie w windzie podczas jazdy w dół. Jeśli winda zacznie się poruszać w dół to przyspieszenie windy będzie działało przeciwnie, a my poczujemy się lekko – odczujemy niedociążenie.

Slajd piąty:
Ilustracja. Ta sama winda, z tym samym człowiekiem. Człowiek i waga zdają się unosić. Obok windy strzałki w dół, symbolizujące spadanie zerwanej windy. Podpis. Ważenie w windzie podczas zerwania się windy. Nie polecamy sprawdzać tej części doświadczalnie. Jeśli winda się zerwie rozpocznie ona swobodny spadek, możemy odczuwać wtedy nieważkość.

Slajd szósty:
Ilustracja. Kolejka górska podczas zjazdu z wzniesienia. Kolejka ma dwa wagony, w których siedzą po dwie osoby. Podpis. Przeciążenie, niedociążenie i nieważkość w parku rozrywki. Ciekawszym sposobem na sprawdzenie nieważkości, przeciążeń lub niedociążeń, jest wizyta w parku rozrywki. Podczas jazdy kolejką górską odczuwamy te zjawiska. Podczas zjazdów ze wzniesień na kolejce górskiej pasażer może odczuwać siłę, która wciska go w fotel – odczuwa wtedy większy ciężar. Jest to przeciążenie. Podobnie jak w windzie – tutaj przyspieszenie wagonika będzie powodowało odczuwanie przeciążenia lub niedociążenia. Jeśli siła jest na tyle duża, że zniesie wszystkie działające siły pozostawiając tylko grawitację, znajdziemy się chwilowo w stanie nieważkości.

Slajd siódmy:
Ilustracja. Uproszczona Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Długa, pozioma część, do której przyczepione są moduły i panele słoneczne. Ciemne tło, upstrzone białymi punktami. W dolnej części na tle widoczny fragment kulistego ciała niebieskiego. Podpis. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. W kosmosie odczuwanie nieważkości jest na porządku dziennym. Przekonują się o tym astronauci w misjach załogowych na ISS.

Slajd ósmy:
Ilustracja. Astronauta w skafandrze, bez hełmu. Uśmiechnięta postać z długimi, czarnymi włosami. Tło jasne, imitujące proste wnętrze statku kosmicznego. Są to pionowe, zagięte w łuk, równoległe trzy linie, oraz dwa prostokąty między nimi. Podpis. Stan nieważkości na orbicie. Dla badań naukowych przechodzą specjalistyczne szkolenia i ryzykują swoim zdrowiem będąc przez jakiś czas w stanie nieważkości.

Slajd dziewiąty:
Ilustracja. Na białym tle czerwone serce. Na tle serca, z lewej strony, symbol +. Od symbolu, wszerz serca, biała linia pozioma, z kilkoma pikami w górę oraz w dół. Podpis. Stan nieważkości a zdrowie. Przebywanie w stanie nieważkości może wywołać tzw. chorobę kosmiczną – są to mdłości, zaburzona praca błędnika, zaburzenia ze strony układu nerwowego. Bardziej niebezpieczne są przeciążenia powodujące odpływ krwi z mózgu. Niewłaściwe ukrwienie w takiej sytuacji może powodować omdlenia, a nawet czasową utratę wzroku.

Polecenie 4

Opisz własnymi słowami, czym są: nieważkość, przeciążenie i niedociążenie. Odpowiedz na pytanie. Odpowiedź i notatki możesz zapisać w polu poniżej.

RCcO0QJcBTZZZ

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 5

Poza kolejką górską w parku rozrywki czy windą, gdzie jeszcze możemy odczuwać przeciążenie, niedociążenie lub nieważkość? Odpowiedz na pytanie. Odpowiedź i notatki możesz zapisać w polu poniżej.

RanHYGO94q6wP

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 6

Czy ciągłe odczuwanie nieważkości może być szkodliwe? Odpowiedz na pytanie. Odpowiedź i notatki możesz zapisać w polu poniżej.

R1c8rS6fXT0WR

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Sprawdź się

Rg19NEihtByW8

Ćwiczenie 1

Przeciągnij i upuść lub kliknij w lukę i wybierz odpowiedź z listy rozwijalnej, aby uzupełnić zdania. Przeciążenie

5 G

oznacza, że odczuwamy ciężar

5

razy 1. urazów zewnętrznych, 2. omdleń, 3. mniejszy, 4. bezpieczne, 5. większy, 6. niebezpieczne. Możemy doświadczyć takich przeciążeń np. w parku rozrywki na kolejkach górskich. Jest to zjawisko 1. urazów zewnętrznych, 2. omdleń, 3. mniejszy, 4. bezpieczne, 5. większy, 6. niebezpieczne dla zdrowia jeśli nie jest długotrwałe. Przy narażeniu na przeciążenie przez dłuższy czas możemy doświadczyć 1. urazów zewnętrznych, 2. omdleń, 3. mniejszy, 4. bezpieczne, 5. większy, 6. niebezpieczne, a nawet czasowej utraty wzroku.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rtkg3zACcyf5j

Ćwiczenie 2

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R18eEiquP8rFK

Ćwiczenie 3

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1Vi8fHyCmQ8y

Ćwiczenie 4

Przyporządkuj wyrażenia do właściwych grup. Przeciążenie: Możliwe odpowiedzi: 1. unoszenie się w tunelu aerodynamicznym, 2. ruszanie windą w górę, 3. ruszanie windą w dół, 4.

3 g

, 5.

0, 5 g

, 6.

1, 5 g

, 7.

6 g

, 8. przebywanie w przestrzeni kosmicznej, 9. lot paraboliczny, 10.

0 g

Niedociążenie: Możliwe odpowiedzi: 1. unoszenie się w tunelu aerodynamicznym, 2. ruszanie windą w górę, 3. ruszanie windą w dół, 4.

3 g

, 5.

0, 5 g

, 6.

1, 5 g

, 7.

6 g

, 8. przebywanie w przestrzeni kosmicznej, 9. lot paraboliczny, 10.

0 g

Nieważkość: Możliwe odpowiedzi: 1. unoszenie się w tunelu aerodynamicznym, 2. ruszanie windą w górę, 3. ruszanie windą w dół, 4.

3 g

, 5.

0, 5 g

, 6.

1, 5 g

, 7.

6 g

, 8. przebywanie w przestrzeni kosmicznej, 9. lot paraboliczny, 10.

0 g

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RlbPrFfJIOu8P

Ćwiczenie 5

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 6

Pułkownik John Stapp w $1954$ roku ustanowił rekord prędkości pilotując sanie odrzutowe podczas próby w bazie wojskowej Holloman Air Force Base. Uzyskał on prędkość około $2860 \frac{m}{s}$ . Hamowanie odbyło się w ciągu $6, 5$ sekundy. Doświadczył on podczas hamowania dużego przeciążenia, co skutkowało utratą wzroku na trzy miesiące. Oblicz, ile wynosiło przeciążenie. Przyjmij $g = 10 \frac{m}{s^{2}}$ . Obliczenia i odpowiedź zapisz w polu poniżej.

RnlTdJ9ZbUDoP

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Średnie opóźnienie przy hamowaniu wyniosło

${\large\frac{v}{t}}={\large\frac{2860\,\mathrm{\frac{m}{s}}}{6,5\,\mathrm{s}}}=440\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}$ ,

co stanowi

$440\,\mathrm{\large\frac{m}{s^2}}\cdot{\large\frac{g}{g}}={\large\frac{440\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}}{10\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}}}\cdot g=44g$ .

Przeciążenie wynosiło $44 g$ .

Ćwiczenie 7

Na podstawie poniższej tabeli przypisz nazwy planet do właściwych grup.

**Tabela do zadania**
Planeta	Przyspieszenie grawitacyjne $[\frac{m}{s^{2}}]$
Merkury	$3, 7$
Wenus	$8, 9$
Mars	$3, 7$
Jowisz	$23, 1$
Saturn	$9, 0$
Uran	$8, 7$
Neptun	$11, 0$

RXfRrsRTWkf4o

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 8

Przyjmując, że promień orbity Księżyca $r$ wynosi $3, 844 \cdot 10^{8} m$ , masa Ziemi $M = 6 \cdot 10^{24} kg$ , a stała grawitacji $G = 6, 67 \cdot 10^{- 11} N \frac{m^{2}}{{kg}^{2}}$ , oblicz prędkość orbitalną Księżyca. Obliczenia i odpowiedź zapisz w polu poniżej.

RNzreojK6G6LQ

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

$G\frac{m\cdot M}{r^{2}}=\frac{m\cdot v^{2}}{r}$

$v=\sqrt{\frac{G\cdot M}{r}}$

$v=\sqrt{\frac{6,67\cdot10^{-11}\,\mathrm{N\frac{m^{2}}{kg^{2}}}\cdot6\cdot10^{24}\,\mathrm{kg}}{3,844\cdot10^{8}\,\mathrm{m}}}\approx1020\,\mathrm{\frac{m}{s}}$

Prędkość orbitalna Księżyca wynosi około $1020 \frac{m}{s}$ .

Słownik

nieważkość

stan, podczas którego jedyną działającą na ciało siłą jest grawitacja – oznacza to brak nacisku na podłoże oraz brak reakcji podłoża (a więc ciężaru i jego odczuwania); masa ciała nie zmienia się!

prędkość graniczna

prędkość maksymalna z jaką może spadać ciało w ośrodku materialnym; od momentu jej osiągnięcia, ciało porusza się ruchem jednostajnym

Bibliografia

Sagnowska B., Szot‑Gawlik D., Godlewska M., Rozenbajgier M., Rozenbajgier R., 2017, Świat fizyki, Warszawa, WSiP

bg‑gray2

Notatki

RcNCq2kH4sj9z

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.