Finnur maður fyrir hraða eða vindi úti í geimnum?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Finnur maður fyrir hraða eða vindi úti í geimnum?
Spurningin í heild var svona:

Finnur maður fyrir hraða úti í geimnum, til dæmis ef maður er á 500 km hraða? Finnur maður fyrir vindi eða hraða?

---

Stutta svarið er að það er enginn vindur úti í geimnum af því að þar er ekkert loft heldur tómarúm (e. vacuum). Við finnum yfirleitt ekki fyrir hraða ef hann er jafn heldur eingöngu fyrir hraðabreytingu, það er hröðun (e. acceleration). Ef við erum í klefa sem er í frjálsu falli finnum við ekki annað en að við séum í þyngdarleysi og getum ekki sagt til um hreyfingu nema með því að horfa út fyrir klefann.

---

Úti í geimnum, fyrir utan lofthjúp jarðar, er ekkert loft heldur tómarúm eða lofttæmi. Við getum ekki þrifist í slíku tómarúmi bæði vegna þess að við þurfum súrefni til að anda að okkur og af því að húð okkar og önnur líffæri eru miðuð við eðlilegan loftþrýsting. Þess vegna þurfa geimfarar að vera í sérstökum búningum úti í geimnum. Vindur er ekkert annað en loft eða gas sem hreyfist miðað við okkur. Geimfarar finna alls engan vind eða áhrif frá einhverju efni utan við búninginn, einfaldlega af því að þar er ekkert efni!

Geimfarar þurfa að vera í sérstökum búningum úti í geimnum

Spurningin um áhrif hraðans er svolítið erfiðari, hvort sem við miðum við mann úti í geimnum eða á jörðu niðri. Henni hafa margir vísindamenn velt fyrir sér og gert athuganir til að skera úr þessu. Meðal annars snertir hún undirstöðurnar í klassískri eðlisfræði Newtons og afstæðiskenningu Einsteins. Vikið hefur verið að þessu nokkrum sinnum áður hér á Vísindavefnum en sjaldan er góð vísa of oft kveðin!

Margir kannast kannski við það að hafa staðið á bryggjunni eða á þilfari skips þegar það leysir landfestar og byrjar að hreyfast meðfram bryggjunni. Þá finnst manni stundum að skyndilega snúist hreyfingin við, nú sé það bryggjan sem hreyfist en skipið sé kyrrt. Sömu tilfinningu fá menn stundum þegar járnbrautarlest leggur af stað.

Þetta byggist á því að við getum, ef grannt er skoðað, ekki skorið úr um hvort að við séum á hreyfingu með jöfnum hraða miðað við jörðina eða algerlega kyrr. Þetta kristallast ef við hugsum okkur að við séum stödd í gluggalausum klefa og getum eingöngu gert mælingar og athuganir á því sem gerist inni í klefanum; við höfum enga glugga til að horfa út um og sjá hvort landið í kring líði hjá eins og í bílferð eða í járnbrautarlest. Við höfum þá enga leið til að skera úr um það, hvort klefinn sé kyrr eða á jafnri hreyfingu. Ef hraði hans breytist hins vegar þá verðum við vör við það með ýmsum hætti.

Við könnumst raunar líka við þetta úr flugvélum þar sem oft er ógerningur að finna nein bein merki þess að flugvél í langflugi sé á hreyfingu. Þannig getum við gengið eðlilega um vélina, hlutir sem við missum detta á gólfið nákvæmlega eins og í eldhúsinu heima og svo framvegis. Við finnum sem sé alls ekkert fyrir hraða flugvélarinnar meðan hann er jafn, það er að segja heldur bæði óbreyttri stærð og stefnu. Ef hann breytist er hins vegar öðru máli að gegna enda vitum við að það er allt annað að vera í flugvél sem lendir í ókyrrð í loftinu; þá fer hún að hossast til og frá þannig að hraðinn er síbreytilegur og við getum lent í vandræðum með að ganga um inni í henni.

Þá er fullrætt um jafna hreyfingu sem svo er kölluð; það er ekki hægt að „finna fyrir“ henni nema með því að horfa á umhverfið. En hér hangir enn meira á spýtunni sem tengist hugsuninni á bak við almenna afstæðiskenningu Einsteins.

Geimfarar í fullkomnu þyngdarleysi úti í geimnum

Hugsum okkur nú að við séum stödd í vélarlausum og gluggalausum klefa langt úti í geimnum þar sem engir þyndarkraftar verka. Inni í klefanum ríkir þá svokallað þyngdarleysi. Hlutir sem við missum svífa um klefann án þess að falla á gólfið frekar en í einhverja aðra átt, og við svífum sjálf um klefann nema við grípum í eitthvað til að halda okkur. Jafnvel þótt við vissum ekkert hvar við værum gætum við dregið þá ályktun að við værum stödd úti í geimnum þar sem þyngdarleysi ríkir. En skyldi sú ályktun endilega vera rétt?

Svarið er nei; það er hún ekki nauðsynlega. Klefinn okkar gæti nefnilega alveg eins verið í svonefndu frjálsu falli inn að jörðinni eða einhverjum öðrum hnetti. Allt sem gerist inni í klefanum við slíkar aðstæður er nefnilega alveg eins og í þyngdarleysi. Það var Albert Einstein (1879-1953) sem benti á þetta einna fyrstur manna og notaði það til að byggja upp almennu afstæðiskenningun.

Niðurstöður svarsins eru þær að við getum ekki fundið fyrir vindi úti í geimnum af því að hann er enginn. Við getum heldur ekki fundið beint fyrir hraða ef hann er jafn og getum ekki gert greinarmun á þyngdarleysi og frjálsu falli nema með því að opna augun og horfa út fyrir klefann eða farartækið sem við erum í.

Mikið efni er til á Vísindavefnum um þyngdarleysi og geiminn, til dæmis þessi svör eftir sama höfund:

• Hversu langt frá jörðu er þyngdarleysi?
• Er hægt að búa til gerviþyngdarafl eða þyngdarhermi?
• Er bráðlega hægt að nota gerviþyngdarafl svo að menn geti gengið á venjulegan hátt í geimskutlum?
• Getið þið útskýrt fyrir mér af hverju blýlóð og fjöður falla jafnhratt í lofttæmi?
• Er hægt að sveifla pendúl í geimnum? Yrðu þá lengd hans og hraða takmörk sett, og gæti hann náð ljóshraða?
• Er hægt að búa til andþyngdarafl?

Frekari upplýsingar má svo finna með því að nota leitarvél Vísindavefsins eða með því að smella á efnisorðin hér fyrir neðan.

Myndir: Wikimedia Commons...