Mi a súlytalanság, és mi a mikrogravitáció?

1. Űrtanítás, 2004. április 17. Magyar Asztronautikai Társaság – Puskás Tivadar Távközlési Technikum, Budapest Mi a súlytalanság, és mi a mikrogravitáció? Frey Sándor FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatóriuma frey@sgo.fomi.hu

2. Mi a súly? Az iskolában (most!) azt tanítják, hogy: az az erő, amellyel a test az alátámasztást nyomja vagy a felfüggesztést húzza G nagysága megegyezik a tartóerőével (hatás-ellenhatás törvénye, Newton III.) A tartóerő nagysága megegyezik a nehézségi erőével (egyensúlyban!) („F=ma”, Newton II.)

3. A súly nem jellemző a testre! Gulyás-Honyek-Markovits-Szalóki-Tomcsányi-Varga: Fizika 7, Műszaki, 2002

4. Hát a súlytalanság? Nyilván akkor lép fel, amikor a test az alátámasztást nem nyomja, és a felfüggesztést nem húzza. • Nem csak a „tehetetlenségi pályán” mozgó űrhajóban lehet súlytalanság - de ott kivételesen hosszú ideig! • két Űrhajózási Lexikon közt • szabadon zuhanó liftben (ne adj’ isten…) • ejtőtoronyban • parabolikus repülés során (kb. fél perc) • kutatórakétákon

5. Szemléletesen mondhatjuk, hogy az űreszközök is szabadon esnek, csak az „oldalirányú” sebességük elég nagy ahhoz, hogy megkerüljék a Földet…

6. Mi miatt is van súlyunk a Földön? A nehézségi erő (első közelítésben) a tömegvonzás („magyarul” a gravitáció) miatt lép fel. A gravitációs vonzóerő a két test tömegével egyenesen, a távolságuk négyzetével fordítottan arányos (tehát sehol sem tűnik el!)

7. Kis komplikáció: a forgó Föld nem inerciarendszer… … ha az volna, a testekre ható nehézségi erő megegyezne a Föld gravitációs vonzóerejével. Így viszont a „körmozgás” biztosítására a testre ható erők eredője a tengelyre merőleges irányba kell mutasson. (A nehézségi erő csak a pólusokon és az egyenlítőn mutat a középpont irányába.) Paál T.: Mechanika I., Nemzeti Tankönyvkiadó, 1995

8. Eddig egyszerű volt, ugye? … de most jön a mikrogravitáció! Az Űrhajózási Lexikonban (1981) még hiába keressük ezt a címszót, de azóta a kifejezés világszerte elterjedt. • A Föld körüli pályán keringő űreszközök esetén fellépnek kisebb gyorsulások • segédhajtőművek, manőverezés • stabilizáció forgással • felsőlégköri fékező hatás • nap sugárnyomása, stb. •  nincs tökéletes súlytalanság; innen a mikro... De miért nemmikrosúly?!

9. Almár-Both-Horváth (szerk.): Űrtan, Springer Hungarica 1996 gyorsulás

10. „A Föld felszínén élő ember világához olyan szervesen hozzátartozik a Föld vonzása, a gravitáció, hogy annak hiánya szokatlan, embertelen állapotnak minősül. Az űrhajón utazó vagy a Holdon lépkedő ember furcsán könnyűnek, súlytalannak érzi magát, mozgása, teljesítőképessége, testének működése is megváltozik. Így van ez a legtöbb fizikai jelenséggel is: többé-kevésbé módosulnak, ha súlytalan körülmények között – mikrogravitációban – játszódnak le. A mikrogravitációs tudomány, az űrkutatás egyik ága, ezekkel a jelenségekkel foglalkozik. (…) A tipikus mikrogravitációs kísérlet az, ha olyan folyamatot vizsgálunk a világűrben, amit földi körülmények között gravitációs effektus befolyásol, elfed, megzavar vagy megakadályoz. A gravitációtól megszabadulva ekkor új jelenségek tárulnak elénk. Az angol terminológiához igazodva mikrogravitációs tudomány alatt az élettelen anyagok gravitációmentes viselkedésének a leírását értjük.” B. P.: A súlytalanság súlya, Természet Világa 2001/2. (Világűr) különszám, 60. old.

11. Összekevertük, ami eddig világos volt... Mottó:„Ha egyszer összekutyulódott valami,a kijavítására tett minden kísérlet csak rontani fog rajta.” (Finagle IV. törvénye - Murphy törvénykönyvéből) A súly és a gravitáció még akkor sem ugyanaz, ha nagyon sokan (köztük kiváló szakemberek) szinonimaként használják! Az űrhajóra igenis hat a bolygó tömegvonzása - különben hogyan is maradna a Föld körüli pályán?!

12. Lazításképp: érdekes kutatási területek “majdnem-súlytalanságban” A megszokott földi jelenségek megváltoznak! Anyagtudományi kísérletek (félvezetők, ötvözetek, fémtisztítás átolvasztással, kristályosítás) nincsenek sűrűségkülönbségek Folyadékok és gázok áramlása nincs konvekció, nincs ülepedés Égés vizsgálata a gyertya nem lángol Biológiai folyamatok, biotechnológia

13. www.estec.esa.nl/outreach/parabolic

14. ZARM: 105 méter magas ejtőtorony Brémában www.zarm.uni-bremen.de 4,74 s súlytalanság égés, folyadékáramlás, fémhabok, ...

15. Űrkemence (univerzális sokzónás kristályosító) A Miskolci Egyetemen kifejlesztett egyedülálló eszköz az olvadékból megszilárduló fémek vizsgálatára nagy méretű homogén kristályok előállítására