|

شگفتي‌هاي بي‌وزني

سحر سرگلزايي

بسياري از مردم گمان مي‌کنند براي تجربه بي‌وزني يا انجام آزمايش‌هاي بي‌وزني بايد به مدارهاي بالاي جو زمين رفت يا حتي از محدوده کره‌زمين خارج شد. بخشي از مردم تصور مي‌کنند بي‌وزني ويژگي فضاي بالاي جو زمين است و به‌محض اينکه فضانوردان در مدارهاي بالا قرار مي‌گيرند، بي‌وزني شروع مي‌شود؛ اما حقيقت اين است که براي تجربه پديده بي‌وزني حتي لازم نيست از سطح زمين دور شويم. آسانسور يکي از آن ابزارهاي کارآمد براي آزمايش‌هاي متعدد فيزيک، ازجمله بي‌وزني است. تصور کنيد در يک برج بلندمرتبه در طبقه صدم يا حتي دويستم سوار آسانسور هستيد. بناست آسانسور به طبقه همکف برود. به‌محض حرکت آسانسور، ناگهان کابل آن پاره شده و فرض کنيد هيچ وسيله ايمني نگه‌دارنده وجود ندارد. در اين صورت شما و ديگر افراد و اشيای داخل آسانسور بي‌درنگ احساس بي‌وزني خواهيد کرد. مادامي ‌که آسانسور با کف زمين برخورد نکرده است، شما و اجسام آزاد داخل آسانسور تجربه بي‌وزني و معلق‌بودن در فضاي داخل آسانسور را خواهيد داشت. در حقيقت همه‌چيز همراه با اتاقک آسانسور با شتاب گرانشي زمين دچار سقوط آزاد مي‌شود. البته اين تجربه بي‌نظير پايان دردناکي دارد و به همين دلیل است که يکي از مهم‌ترين دغدغه‌هاي صنعت آسانسور ايمني است. اگر فرض کنيم چاه آسانسور يک چاه بي‌انتها تا آن‌سوي کره زمين و نقطه مقابل چاه است و از هسته زمين هم چشم‌پوشي کنيم، آن‌وقت آسانسور داستان ما درون اين چاه دوسر باز، حرکتي نوساني انجام مي‌داد؛ حرکت رفت‌وبرگشت، شبيه يويو. تجربه جدي و عملي رهسپار‌شدن به مدار کره‌زمين است. در اين مورد هيچ تفاوتي وجود ندارد که سفينه در چه مداري به دور زمين بگردد. حتي اگر کره‌زمين مثل ماه، فاقد جو بود، مداري مماس با سطح زمين نيز، در حدي که به بلندترين کوه‌ها برخورد نکند، براي تجربه بي‌وزني کافي بود. هنگام سفر به مدار زمين، در موشک حامل سفينه تا زماني که موتورهاي پرقدرت آن روشن است، فضانوردان نه‌تنها احساس بي‌وزني نمي‌کنند، بلکه بيش‌ازحد احساس سنگيني کرده و قادر به حرکت نيستند. طبق اصل هم‌ارزي اينشتين سامانه‌اي که در حرکت شتابدار است ساکنان داخل آن شتابي را در جهت عکس احساس خواهند کرد كه با احساس شتاب ناشي از گرانش تفاوتي ندارد. به‌محض آنکه سفينه در مدار قرار گيرد و موتورها خاموش شوند، آنگاه تجربه بي‌وزني آغاز مي‌شود. مسئله ماهواره درواقع همان مسئله کره ماه است که آيزاک نيوتن آن را تبيين کرد. البته بين ماه و سفينه تفاوتي وجود دارد. ماه به سبب جرم زيادي که دارد از خودش نيروي گرانشي هم دارد اما در داخل سفينه، صرف‌نظر از اينکه در چه مداري قرارگرفته بي‌وزني کامل حاکم است و شرايط اجسام و افراد درون سفينه دقيقا مشابه آسانسور در حال سقوط است. ناگفته نماند که براي برخي ماهواره‌هاي نظامي که در مدارهاي پاييني مي‌گردند، به دلیل اصطکاک دائم با جو رقيق لايه‌هاي پاييني، انرژي ماهواره به‌طور مستمر کاهش مي‌یابد تا سرانجام منجر به سقوط آن شود. براي اين منظور براي حفظ تراز مدار در ماهواره‌ها تمهيداتي انديشيده شده است. بخش ديگري از تجربه بي‌وزني مربوط به خلباناني است که بايد در آينده فضانورد شوند. هواپيماهاي مخصوصي وجود دارد که با شبيه‌سازي سقوط آزاد کارآموزان فضانوردي را آموزش مي‌دهند. خلبان به‌طور عمد هواپيما را در مسير سقوط آزاد قرار مي‌دهد که معمولا با حرکت شيرجه به سمت زمين همراه است. سپس هواپيما را در مسير افقي قرار مي‌دهد. در حين شيرجه کارآموزان شرايط بي‌وزني را تجربه کرده و در هنگام افقي‌شدن با کف هواپيما برخورد مي‌کنند؛ اما در پروازهاي تجاري از بروز کمترين افت‌وخيزها به‌شدت جلوگيري مي‌شود زيرا باعث ترس و وحشت مسافران و حتي بدبيني آنها نسبت به آن حرکت پروازي و کاهش درآمد آن مي‌شود. در قسمت‌هايي از مسير پرواز که تغييرات چگالي هوا ناشي از اختلالات دمايي وجود دارد يا احتمال برخورد با چاله‌هاي هوايي پيش‌بيني مي‌شود، خلبان دستور بستن کمربندها و سرجاي خود محکم نشستن را مي‌دهد. نمونه عيني آن يکي از هواپيماهاي پروازي در مسير جنوب شرقي آسيا بود. هواپيما به‌يک‌باره اسير چاله هوايي شده و چند صد متر را سقوط آزاد کرد. اين اتفاق باعث شد برخي از مسافران که کمربند ايمني نبسته بودند، محکم به سقف هواپيما برخورد کرده و مجروح شوند. شايد کسي بپرسد درحالي‌که گرانش زمين سرجايش است، وزن چطور ناپديد مي‌شود؟ نيروي وزن از قانون دوم نيوتن پيروي کرده و بستگي به چارچوب مرجع دارد. اصولا قوانين حرکت براي دستگاه‌هاي نالخت، يعني شتاب‌دار يا دستگاه‌هايي با سرعت‌هاي نسبيتي کمي متفاوت و پديده‌هاي شگفت‌انگيزي دارد. در حرکت سقوط آزاد که خلبان يا فضانورد داخل سفينه احساس بي‌وزني مي‌کند و در حرکت شتاب‌دار به سمت بالا که احساس سنگيني رخ مي‌دهد تغييرات بيولوژيک نظير از هوش‌رفتن يا جمع‌شدن خون در پاها يا مغز هم رخ مي‌دهد.

بسياري از مردم گمان مي‌کنند براي تجربه بي‌وزني يا انجام آزمايش‌هاي بي‌وزني بايد به مدارهاي بالاي جو زمين رفت يا حتي از محدوده کره‌زمين خارج شد. بخشي از مردم تصور مي‌کنند بي‌وزني ويژگي فضاي بالاي جو زمين است و به‌محض اينکه فضانوردان در مدارهاي بالا قرار مي‌گيرند، بي‌وزني شروع مي‌شود؛ اما حقيقت اين است که براي تجربه پديده بي‌وزني حتي لازم نيست از سطح زمين دور شويم. آسانسور يکي از آن ابزارهاي کارآمد براي آزمايش‌هاي متعدد فيزيک، ازجمله بي‌وزني است. تصور کنيد در يک برج بلندمرتبه در طبقه صدم يا حتي دويستم سوار آسانسور هستيد. بناست آسانسور به طبقه همکف برود. به‌محض حرکت آسانسور، ناگهان کابل آن پاره شده و فرض کنيد هيچ وسيله ايمني نگه‌دارنده وجود ندارد. در اين صورت شما و ديگر افراد و اشيای داخل آسانسور بي‌درنگ احساس بي‌وزني خواهيد کرد. مادامي ‌که آسانسور با کف زمين برخورد نکرده است، شما و اجسام آزاد داخل آسانسور تجربه بي‌وزني و معلق‌بودن در فضاي داخل آسانسور را خواهيد داشت. در حقيقت همه‌چيز همراه با اتاقک آسانسور با شتاب گرانشي زمين دچار سقوط آزاد مي‌شود. البته اين تجربه بي‌نظير پايان دردناکي دارد و به همين دلیل است که يکي از مهم‌ترين دغدغه‌هاي صنعت آسانسور ايمني است. اگر فرض کنيم چاه آسانسور يک چاه بي‌انتها تا آن‌سوي کره زمين و نقطه مقابل چاه است و از هسته زمين هم چشم‌پوشي کنيم، آن‌وقت آسانسور داستان ما درون اين چاه دوسر باز، حرکتي نوساني انجام مي‌داد؛ حرکت رفت‌وبرگشت، شبيه يويو. تجربه جدي و عملي رهسپار‌شدن به مدار کره‌زمين است. در اين مورد هيچ تفاوتي وجود ندارد که سفينه در چه مداري به دور زمين بگردد. حتي اگر کره‌زمين مثل ماه، فاقد جو بود، مداري مماس با سطح زمين نيز، در حدي که به بلندترين کوه‌ها برخورد نکند، براي تجربه بي‌وزني کافي بود. هنگام سفر به مدار زمين، در موشک حامل سفينه تا زماني که موتورهاي پرقدرت آن روشن است، فضانوردان نه‌تنها احساس بي‌وزني نمي‌کنند، بلکه بيش‌ازحد احساس سنگيني کرده و قادر به حرکت نيستند. طبق اصل هم‌ارزي اينشتين سامانه‌اي که در حرکت شتابدار است ساکنان داخل آن شتابي را در جهت عکس احساس خواهند کرد كه با احساس شتاب ناشي از گرانش تفاوتي ندارد. به‌محض آنکه سفينه در مدار قرار گيرد و موتورها خاموش شوند، آنگاه تجربه بي‌وزني آغاز مي‌شود. مسئله ماهواره درواقع همان مسئله کره ماه است که آيزاک نيوتن آن را تبيين کرد. البته بين ماه و سفينه تفاوتي وجود دارد. ماه به سبب جرم زيادي که دارد از خودش نيروي گرانشي هم دارد اما در داخل سفينه، صرف‌نظر از اينکه در چه مداري قرارگرفته بي‌وزني کامل حاکم است و شرايط اجسام و افراد درون سفينه دقيقا مشابه آسانسور در حال سقوط است. ناگفته نماند که براي برخي ماهواره‌هاي نظامي که در مدارهاي پاييني مي‌گردند، به دلیل اصطکاک دائم با جو رقيق لايه‌هاي پاييني، انرژي ماهواره به‌طور مستمر کاهش مي‌یابد تا سرانجام منجر به سقوط آن شود. براي اين منظور براي حفظ تراز مدار در ماهواره‌ها تمهيداتي انديشيده شده است. بخش ديگري از تجربه بي‌وزني مربوط به خلباناني است که بايد در آينده فضانورد شوند. هواپيماهاي مخصوصي وجود دارد که با شبيه‌سازي سقوط آزاد کارآموزان فضانوردي را آموزش مي‌دهند. خلبان به‌طور عمد هواپيما را در مسير سقوط آزاد قرار مي‌دهد که معمولا با حرکت شيرجه به سمت زمين همراه است. سپس هواپيما را در مسير افقي قرار مي‌دهد. در حين شيرجه کارآموزان شرايط بي‌وزني را تجربه کرده و در هنگام افقي‌شدن با کف هواپيما برخورد مي‌کنند؛ اما در پروازهاي تجاري از بروز کمترين افت‌وخيزها به‌شدت جلوگيري مي‌شود زيرا باعث ترس و وحشت مسافران و حتي بدبيني آنها نسبت به آن حرکت پروازي و کاهش درآمد آن مي‌شود. در قسمت‌هايي از مسير پرواز که تغييرات چگالي هوا ناشي از اختلالات دمايي وجود دارد يا احتمال برخورد با چاله‌هاي هوايي پيش‌بيني مي‌شود، خلبان دستور بستن کمربندها و سرجاي خود محکم نشستن را مي‌دهد. نمونه عيني آن يکي از هواپيماهاي پروازي در مسير جنوب شرقي آسيا بود. هواپيما به‌يک‌باره اسير چاله هوايي شده و چند صد متر را سقوط آزاد کرد. اين اتفاق باعث شد برخي از مسافران که کمربند ايمني نبسته بودند، محکم به سقف هواپيما برخورد کرده و مجروح شوند. شايد کسي بپرسد درحالي‌که گرانش زمين سرجايش است، وزن چطور ناپديد مي‌شود؟ نيروي وزن از قانون دوم نيوتن پيروي کرده و بستگي به چارچوب مرجع دارد. اصولا قوانين حرکت براي دستگاه‌هاي نالخت، يعني شتاب‌دار يا دستگاه‌هايي با سرعت‌هاي نسبيتي کمي متفاوت و پديده‌هاي شگفت‌انگيزي دارد. در حرکت سقوط آزاد که خلبان يا فضانورد داخل سفينه احساس بي‌وزني مي‌کند و در حرکت شتاب‌دار به سمت بالا که احساس سنگيني رخ مي‌دهد تغييرات بيولوژيک نظير از هوش‌رفتن يا جمع‌شدن خون در پاها يا مغز هم رخ مي‌دهد.

 

اخبار مرتبط سایر رسانه ها