Весомость

Сила, с которой Земля притягивает тело, называется силой тяжести. Каждое тело находится под действием силы тяжести. Сила тяжести направлена к центру земного шара и приложена в центре тяжести тела. Так как сила тяжести непрерывно тянет падающее тело вниз, то скорость падающего тела непрерывно и равномерно возрастает. В конце первой секунды падения скорость всякого тела достигает значения 9,81 м/сек, за каждую последующую секунду скорость падающего тела увеличивается на 9,81 м/сек. С увеличением расстояния тела от земной поверхности сила тяжести будет уменьшаться. Так, на расстоянии одного радиуса от поверхности Земли сила тяжести уменьшится в 4 раза, а на расстоянии трех радиусов — в 16 раз. Луна меньше Земли, поэтому сила притяжения там меньше и составляет 1/6 земного притяжения. Тело, весящее на Земле 72 кг, будет весить на Луне только 12/сг (взвешивание должно производиться, конечно, на пружинных весах, а не на весах с гирями-разновесами). На самой большой планете Солнечной системы — Юпитере — сила притяжения больше чем на Земле в 2,5 раза.

Невесомость

При движении в лифте по вертикали вниз, если ускорение лифта равно ускорению силы тяжести, т. е. лифт совершает свободное падение, тело не испытывает реакции опоры; в этом случае наступает явление невесомости. При этом на все частицы тела, находящегося в состоянии невесомости, силы тяжести действуют, но нет реакции опоры, которая вместе с силами тяжести могла бы вызвать взаимное давление частиц друг на друга. Если бы человеку представилась возможность опуститься до самого центра Земли, то по мере опускания в глубь Земли он обнаружил бы постепенное уменьшение силы тяжести. Наконец, в самом центре Земли сила тяжести отсутствует. Это случай так называемой статической невесомости. Явление невесомости наступает также тогда, когда тело движется вокруг Земли со скоростью, при которой сила тяжести уравновешивается центробежной силой. Как известно, такая скорость движения тела называется круговой. Тело, движущееся с круговой скоростью, уже не упадет на землю. Оно превратится в искусственный спутник Земли. При свободном движении тела в космическом пространстве оно находится также в состоянии невесомости. Это происходит потому, что силу тяжести, обусловленную притяжением планет, и центробежную силу при движении по криволинейной траектории тело потерять не может, но нет внешней силы (реакции опоры), вызывающей ощущение весомости — тело будет находиться в состоянии динамической невесомости.

Перегрузки

Из второго закона Ньютона следует, что ускорение тела а под действием некоторой силы F во столько раз будет больше или меньше ускорения силы тяжести g, во сколько раз действующая сила больше или меньше веса тела G. Если ускорение тела равно 3g, то это значит, что создающая его сила в 3 раза больше веса тела. В технике и авиационной медицине употребляется термин «перегрузка». Под перегрузкой понимается отношение действующей силы к весу тела: Действующая сила Вес тела Перегрузка размерности не имеет. Когда равнодействующая сила направлена горизонтально, перегрузку в направлении этой силы можно найти просто из отношения ускорения, испытываемого телом, к ускорению свободного падения. Например, если ускорение тела направлено горизонтально и равно 30 м/сек2, то перегрузка Эта перегрузка будет направлена горизонтально. Если тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения у поверхности Земли, оно испытывает перегрузку, равную единице. Действие перегрузки обусловлено инерцией тел, поэтому она, подобно силе инерции, направлена против ускорения, т. е. при разгоне — против движения, а при торможении — в сторону движения.

Измерение перегрузок

Для измерения перегрузок пользуются специальными приборами: акселерометрами, акселерографами, динамометрами и жирографами. Акселерометр служит для определения в полете величины перегрузки, действующей вдоль вертикальной оси самолета. Простейший акселерометр представляет собой пружинные весы с грузом. Когда акселерометр находится в покое, пружина уравновешивает вес груза и прибор показывает перегрузку, равную единице.

Перегрузка направлена против ускорения, т. е. при разгоне — против движения, а при торможении — в сторону движения. а—ускорение, V—скорость, n—перегрузка

Если придать акселерометру ускорение, например, толкнуть его, то груз сместится со своего первоначального положения. Величина смещения будет тем больше, чем больше ускорение. Впервые замер коэффициента перегрузки в полете был произведен проф. В. П. Ветчинкиным в 1918 г. с помощью обычных пружинных весов. Устанавливаемый на самолете акселерометр состоит из корпуса и инерционной массы (груза), упруго укрепленной к корпусу. Под действием инерционной силы груз преодолевает сопротивление пружин и поворачивает рычаг вокруг оси. С рычагом 1 жестко связан сектор 9, поворачивающий трибку 10 со стрелкой 11. Поворот стрелки пропорционален величине перегрузки. Акселерограф состоит из трех основных частей: чувствительного элемента со стрелкой и демпфером, лентопротяжного механизма и электромагнитного отметчика времени.




Чувствительным элементом является груз, подвешенный на системе пружин. Груз расположен так, что он реагирует на перегрузки, действующие перпендикулярно основанию. Лентопротяжный механизм приводится в действие электромотором, питающимся от бортовой самолетной сети. Отметчик времени, получая импульсы тока от электроконтактных часов через 0,1 или 0,05 сек, пишет акселерограмму на движущейся ленте. Для регистрации

Принципиальная схема акселерометра. 1—рычаг, 2—ось сектора, 3— груз, 4, 5—пружины, 6—муфта, 7, 8—стойки пружин, 9—сектор, 10—трибка, 11—стрелка

Для регистрации перегрузок, действующих в разных направлениях, применяются двух- и трехкомпонентные акселерографы. Акселерограмма дает возможность установить не только величину перегрузки, но и такие параметры, как время действия и скорость нарастания перегрузки. Скорость нарастания перегрузки определяется ее изменением в единицу времени. Например, если в течение 3 сек действующая перегрузка увеличилась с 5 до 20, то скорость нарастания будет равна 5 единиц\сек. Для замера угловых скоростей применяются гироскопические приборы — жирографы. Обычно в практике летных испытаний применяются трехкомпонентные жирографы, измеряющие компоненты угловой скорости по всем трем осям и записывающие эти компоненты на одну общую ленту.

Фиг. 1.5. Схема акселерографа 1—инерционная масса (груз) со стрелкой и демпфером, 2—лентопротяжный механизм, 3—электромагнитный отметчик времени

Точность прибора зависит от ряда условий. Современные хорошие жирографы записывают угловые скорости с весьма большой точностью — порядка 0,5% от максимальной замеряемой величины. В качестве визуальных приборов для определения угловых скоростей на самолете устанавливаются гироскопические указатели поворота. Принцип действия гироскопических приборов основан на свойстве ротора гироскопа сохранять свое положение в пространстве, вследствие чего при повороте корпуса гироскопа, связанного с потенциометром, относительно самолета создаются электрические сигналы, величина которых пропорциональна измеряемой угловой скорости.