Luận văn tốt nghiệp GVHD:Dương Đào Tùng
Trong vệ tinh nhân tạo của Trái Đất, cuộc sống không trọng lượng bắt đầu từ lúc : con tàu đi vào quỹ đạo và bắt đầu chuyển động không cần tác dụng của tên lửa. Nhà du hành và mọi vật trong tàu ở trạng thái không có trọng lượng không phải vì họ “thoát khỏi trọng lực” – thực ra chính trọng lực đã giữ con tàu và mọi vật bên trong ở trên quỹ đạo quanh Trái Đất - mà vì con tàu và mọi thứ trong đó đều đang rơi tự do. Trong hệ quy chiếu gắn với con tàu, nhà du hành cùng mọi vật trong tàu đều chịu tác động của lực quán tính Fqt = - m g, lực này cân bằng với trọng lực P=mg. Đó là trạng thái không trọng lượng trên con tàu vũ trụ.
Một nhà du hành không thể đứng trên bàn cân trong tàu, cũng như nhà khoa học ở phạm vi Trái Đất không thể đứng trên bàn cân trong buồng thang máy đang rơi rự do. Họ sẽ cảm thấy toàn bộ trọng lượng cơ thể mình biến mất, không còn đè lên bàn cân hay sàn tàu một lực nào nữa. Mọi vật trong tàu đều “nổi” lơ lửng.
Có nhiều tác dụng sinh lý liên quan tới sự không có trọng lượng. Có lẽ sự thay đổi dễ thấy nhất là mặt nhà du hành phị ra. Trên Trái Đất, trọng lực kéo chất lỏng cơ thể xuống chân. Trong con tàu, sự phân bố cân bằng của chất lỏng khác đi và nó có xu hướng bị kéo về phân trên cơ thể. Một ảnh hưởng lý thú khác, cơ thể nhà du hành cao lên, thậm chí cao rất rõ, nhiều nhất có thể tăng cao 5,5cm. Vì không có lực kéo xuống tác dụng vào cột sống, nên các đĩa xốp trong cột sống không bị nén lại nữa, các đĩa giãn ra, nên nhà du hành “lớn lên”. Nhưng hiện tượng này không vĩnh cửu và nhà du hành co ngắn về chiều cao như cũ, khi trở về Trái Đất. Cuộc sống không trọng lượng có ảnh hưởng quan trọng đến cơ thể (tác dụng lên mô xương, tuần hoàn máu) và mọi sinh hoạt của nhà du hành. Do đó, muốn chinh phục vũ trụ người ta phải nghiên cứu kỹ hiện tượng này.
Sự thể hiện của các hiện tượng vật lý sẽ như thế nào ?
Như ta đã biết, trên Trái Đất, các hiệu ứng ma sát gây khó khăn khi nghiên cứu các định luật Newton về chuyển động. Ma sát rất khó loại trừ vì trọng lực giữ cho các vật tiếp xúc với sàn, với bàn, hoặc với mặt đất. Khi trọng lực không giữ cho các vật tiếp xúc với nhau nữa thì rất dễ loại trừ các hiệu ứng ma sát. Trạng thái không trọng lượng là một cải tiến lớn lao cho cái bàn có đệm không khí. Các Định luật Newton về chuyển động trở nên rất thực. Một nhà du hành bị đặt đứng yên ở giữa một cabin không có khả năng với được tới sàn, tới trần hoặc bất kỳ bức vách nào thì sẽ ở yên nơi đó mãi cho đến lúc một người bạn đến bên để cung cấp một ngoại lực. Một củ lạc ném cho chuyển động thì nó sẽ chuyển động mãi cho đến lúc va vào tường, vào sàn hoặc miệng một
Luận văn tốt nghiệp GVHD:Dương Đào Tùng
người nào đó. Và một cái vỗ vai mạnh có thể cho một xung đủ để làm cho một nhà du hành bị kéo lê qua phòng. Ở trên Trái Đất con người đã biết, cách ứng xử với định luật về tác dụng và phản tác dụng, ở đó họ bị neo chặt vào mặt đất. Bất kỳ người nào, khi kéo để mở một ngăn kéo cũng tác dụng một cách vô thức một lực vào sàn. Còn đối với một nhà du hành không bị neo, mà kéo một cái ngăn kéo thì kết quả là đáng thất vọng : ngăn kéo thì không mở nhưng nhà du hành lại chuyển động về phía ngăn kéo. Và nếu nhà du hành không bị neo, dùng một cái vít mở đinh ốc tác dụng mômen và đinh ốc thì kết quả là nhà du hành quay, chứ ốc không quay.
Các hiệu ứng của lực căng mặt ngoài là rất hiển nhiên trên Trái Đất : hình dáng của bong bóng xà phong, giọt nước treo ở đầu vòi nước và các mặt khum ở đầu các cột nước dâng lên trong ống thủy tinh. Lực căng mặt ngoài là kết quả của các lực giữa các phân tử. Lực căng mặt ngoài có xu hướng làm cho tỉ số diện tích trên thể tích của một chất lỏng trở thành cực tiểu.Điều này là hiển nhiên khi không có trọng lượng, lúc đó chất lỏng đúng là co lại thành hình cầu. Đều đó không thể hiện rõ ở trên Trái Đất : sữa đọng lại thành vũng trên bàn ; khi không có trọng lượng sữa không tung toé trên bàn mà làm thành một khối cầu lơ lửng giữa phòng.
Với nguyên lý – vật nặng chìm xuống, vật nhẹ nổi lên – cũng tạo ra sự đối lưu nhiệt. Trên mặt đất, khi nào một phần của chất lỏng hoặc chất khí bị nóng lên hay lạnh đi, là có đối lưu. Một cái bọt khí bị nung nóng, thì nở ra, trở thành nhẹ hơn và do đó (trên mặt đất) sẽ bốc lên còn một cái bọt lạnh, trở nên nặng hơn và rơi xuống. Khi không có trọng lượng thì không xảy ra đối lưu. Như thế, không một que diêm, không một cây nến, không một cây đèn khí nào cháy được vì : các chất khí bị cháy sẽ không bay lên trên (vì chẳng có phía trên nào cả). Nó giãn nỡ, nhưng ở yên tại chỗ và không cho oxi vào.
Như vậy, thế giới không trọng lượng khác với thế giới mà chúng ta quen thuộc. Một vài hiệu ứng vật lý thông thường thì vắng mặt, trong khi một số khác lại rõ ràng như đập vào mắt. Tuy nhiên, đây là môi trường thí nghiệm khoa học về vật lý, hóa học và sinh lý học, trong những điều kiện thí nghiệm mới. Hoặc gia công các vật liệu trong vũ trụ mà trên mặt đất rất khó hoặc không thể chế tạo được. Thí dụ, có thể nuôi một đơn tinh thể silic lớn và có độ thuần khiết cao; chế tạo kim loại hoặc các hợp kim siêu dẫn, siêu thuần khiết cũng như chế tạo những loại dược phẩm sinh vật đặc biệt… Mất trọng lượng cũng tạo điều kiện tốt để lắp ráp những con tàu có kết cấu cồng kềnh trong vũ trụ như : trạm không gian, trạm pin năng lượng mặt trời ..
Luận văn tốt nghiệp GVHD:Dương Đào Tùng
III. SỰ TƯƠNG ĐƯƠNG GIỮA HAI HỆ QUY CHIẾU KHÁC NHAU, NHƯNG CÙNG XẢY RA HIỆN TƯỢNG KHÔNG TRỌNG LƯỢNG