Номер 10, страница 100 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

10. В каком случае тело пребывает в состоянии невесомости? Оказывает ли она вредное воздействие? Проанализируйте.

В каком случае тело пребывает в состоянии невесомости?

Невесомость — это состояние, в котором вес тела равен нулю. Важно не путать вес и массу. Масса — это мера инертности тела, а вес ($P$) — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле (или другому небесному телу) действует на опору или подвес. Когда тело находится в покое на горизонтальной поверхности, его вес равен силе тяжести: $P = mg$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения.

Состояние невесомости наступает тогда, когда на тело действует только сила тяжести, и оно движется с ускорением, равным ускорению свободного падения ($a = g$). В этом случае сила реакции опоры или натяжения подвеса становится равной нулю, и, следовательно, вес тела тоже становится равным нулю.

Рассмотрим тело массой $m$ в лифте, движущемся с ускорением $\vec{a}$. Согласно второму закону Ньютона, $m\vec{a} = m\vec{g} + \vec{N}$, где $\vec{N}$ — сила реакции опоры. В проекции на вертикальную ось, направленную вниз: $ma = mg - N$. Вес тела $P$ по модулю равен силе реакции опоры $N$. Отсюда $P = N = mg - ma = m(g-a)$.

Невесомость ($P=0$) наступает, когда ускорение тела $a$ равно ускорению свободного падения $g$. То есть, тело должно свободно падать.

Примеры состояний невесомости:

1. Свободное падение: Любой объект, который падает под действием только силы тяжести (сопротивление воздуха пренебрежимо мало), находится в невесомости. Например, подброшенный камень на всем протяжении полета после броска.

2. Орбитальный полет: Космический корабль, вращающийся по орбите вокруг Земли, и все, что находится внутри него, непрерывно "падают" на Землю. Однако из-за большой горизонтальной скорости они постоянно "промахиваются" мимо планеты. Так как и корабль, и космонавты падают с одинаковым ускорением, космонавты не давят на стенки корабля и ощущают невесомость. При этом сила гравитации на высоте орбиты МКС составляет около 90% от силы на поверхности Земли, то есть гравитация никуда не исчезает.

3. Полет по параболической траектории: Специальные самолеты-лаборатории могут создавать кратковременную невесомость (около 20-30 секунд), летя по параболе. На нисходящем участке траектории самолет падает с ускорением $g$, и все внутри него оказывается в невесомости.

Ответ: Тело пребывает в состоянии невесомости, когда оно движется только под действием силы тяжести, то есть находится в состоянии свободного падения. В этом случае вес тела, то есть сила его воздействия на опору или подвес, становится равным нулю.

Оказывает ли она вредное воздействие? Проанализируйте.

Да, длительное пребывание в состоянии невесомости оказывает значительное, в основном вредное, воздействие на человеческий организм, который эволюционно приспособлен к жизни в условиях земной гравитации.

Анализ воздействия невесомости по системам организма:

1. Опорно-двигательный аппарат: В условиях невесомости на кости и мышцы не действует привычная нагрузка. Это приводит к:

• Атрофии мышц: Особенно страдают мышцы, отвечающие за поддержание позы (мышцы спины, ног). Без регулярной нагрузки они теряют массу и силу.

• Деминерализации костей (остеопороз): Костная ткань теряет кальций со скоростью примерно 1-1.5% в месяц. Это делает кости хрупкими и повышает риск переломов после возвращения на Землю.

2. Сердечно-сосудистая система:

• Перераспределение жидкостей: Кровь и другие жидкости перемещаются из нижней части тела в верхнюю, вызывая одутловатость лица, заложенность носа и головные боли.

• Снижение объема циркулирующей крови: Организм воспринимает перераспределение жидкости как ее избыток и запускает механизмы по ее выведению.

• Ослабление сердечной мышцы: Сердцу не нужно преодолевать гравитацию для перекачки крови вверх, что снижает нагрузку на него и может привести к уменьшению его размеров и ослаблению.

3. Нервная система и вестибулярный аппарат:

• Синдром космической адаптации: В первые дни полета многие космонавты испытывают симптомы, схожие с морской болезнью: головокружение, потерю ориентации, тошноту. Это происходит из-за того, что вестибулярный аппарат, отвечающий за равновесие, получает противоречивые сигналы в отсутствие гравитации. Со временем мозг адаптируется.

• Проблемы со зрением: Длительные полеты могут вызывать изменения в глазном яблоке и зрительном нерве, что приводит к ухудшению зрения.

Для борьбы с этими негативными эффектами космонавты на МКС ежедневно по 2-2.5 часа занимаются на специальных тренажерах (беговая дорожка с притягивающими жгутами, велоэргометр, силовой тренажер), соблюдают диету и находятся под постоянным медицинским контролем.

Ответ: Да, длительная невесомость оказывает вредное воздействие на организм человека, вызывая атрофию мышц, потерю костной массы, нарушения в работе сердечно-сосудистой и нервной систем. Эти эффекты требуют применения комплекса специальных профилактических мер.