Знаете ли вы, зачем на Международной космической станции (МКС) в спальном отсеке у каждого космонавта есть вентилятор около головы? Его так разместили не потому, что там жарко, ведь температура на МКС всегда одинаковая.
Когда мы с вами вдыхаем воздух, выдыхаем мы в основном углекислый газ. Он тяжелее воздуха, поэтому в условиях гравитации опускается вниз, а мы опять вдыхаем чистый воздух.
Но на МКС гравитации нет, а значит, углекислый газ скапливается вокруг головы космонавта, из-за чего он может задохнуться.
Поэтому около его головы находится вентилятор, который сдувает это облако опасного для жизни газа и дает возможность космонавту всю ночь дышать чистым воздухом.
А почему в невесомости нельзя чихать? Откуда берутся бабочки в животе? Можно ли есть вниз головой? На все эти вопросы ответили в программе "Знаете ли вы что?" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.
Чих для космонавта представляет нешуточную опасность
Выяснилось, что каждый третий житель нашей планеты храпит по ночам. Виной стала сила притяжения Земли, которая заставляет ткани мягкого неба опускаться под собственным весом, из-за чего они перекрывают просвет гортани.
А вот в космосе во время сна люди не издают ни звука, потому что в условиях отсутствия гравитации небный язычок не препятствует свободному движению воздуха в носоглотке. Зато чиханию невесомость не стала помехой. Более того, любой чих в космосе может быть смертельно опасен.
"На орбите выполняется закон сохранения импульса, поэтому человек и продукты его чихания движутся в разные стороны. Человек на короткое время превращается в реактивный двигатель и приходит в движение. Поэтому космонавтам рекомендуется воздерживаться от чихания, чтобы не пострадать самому и не ударить своих товарищей", – пояснил физик Алексей Соколов.
На Земле реактивную энергию компенсирует трение, которое напрямую зависит от веса человека. Вот почему земляне так смело чихают.
Но в космосе, где веса нет, трение отсутствует в привычном нам понимании. Чтобы это продемонстрировать, съемочная группа программы надула воздушный шар, который затем был покрашен краской. Он стал моделью содержимого носоглотки.
Экспериментатор Антон Ломакин резко выпустил воздушный шар из рук, после чего тот стремительно отлетел в сторону и сдулся.
На Земле шары с гелием спокойно летят вверх, но гравитация Луны разрывает их в клочья
Земля постоянно притягивает к своей поверхности любое тело, которое обладает массой. Но не каждое из них подчиняется силе земного притяжения.
Например, корабли и лодки не идут ко дну, потому что на них действует выталкивающая сила Архимеда. По этой же причине в воздухе наполненные гелием шары всегда стремятся не вниз, а вверх.
"Плотность газа, а именно гелия, который внутри, меньше плотности воздуха. Под действием силы Архимеда они поднимаются вверх. Для того чтобы поднять гирьку весом килограмм, необходимо взять достаточно большой воздушный шарик (объемом. – Прим. РЕН ТВ) 5 кубических метров", – пояснил кандидат химических наук, доцент РЭУ им. Г.В. Плеханова Эльдар Мамин.
На Луне гравитация в 6 раз слабее, чем на Земле, и логично предположить, что и подъемная сила гелиевого шара, который стартует с поверхности нашего естественного спутника, вырастет во столько же раз. Но на самом деле все оказалось не так.
- Во-первых, на Луне нет плотной атмосферы, а потому нет и выталкивающей силы.
- Во-вторых, шар, в который под давлением закачан летучий газ, в безвоздушном пространстве долго не проживет.
И это легко доказать при помощи вакуумной камеры, из которой откачали примерно половину воздуха.
"Как вы видите, шарик лопнул. Вот что произойдет с шариком на Луне. Он не только там не будет взлетать, он еще и лопнет под действием собственного давления", – объяснил Мамин.
Почувствовать невесомость можно, просто сев в самолет
Чтобы очутиться в невесомости, не обязательно лететь в космос. Можно просто купить билет на самолет, который летит по так называемой параболе Кэплера. Его пассажиры примерно на 20 секунд оказываются в состоянии свободного падения, и сравнить это чувство нельзя ни с чем.
"Полет происходит следующим образом: самолет набирает высоту и скорость, в определенный момент выключает двигатели, и после этого движется в воздухе по параболе. По такой же параболе движется человек, находящийся внутри. Поскольку траектории самолета и человека совпадают, он ощущает состояние невесомости", – рассказал Соколов.
Бабочки в животе не что иное, как движение органов по инерции
Билет на самолет, который имитирует невесомость, стоит несколько сотен тысяч рублей, что не каждому по карману. Но не стоит отчаиваться, потому что избавиться от гравитации на секунду-другую можно и на Земле за гораздо меньшие деньги. Например, на американских горках.
Больше всего эмоций люди проявляют в те моменты, когда ускорение направлено вниз. Именно тогда перегрузка становится меньше силы тяжести, а в животе начинают "порхать бабочки".
"Ощущение всплывания внутренних органов связано с изменением ускорений, которые действуют на человека. То есть сначала ускорение в направлении вверх, а потом оно резко меняется, а внутренние органы продолжают по инерции ускоряться вверх. В принципе, в невесомости происходит похожая история", – пояснил кандидат медицинских наук, научный сотрудник ИМБП РАН Алексей Сальников.
В космосе из-за отсутствия конвекции свечи горят по-другому
В условиях невесомости, которая возникает на борту орбитальных космических кораблей, многие привычные физические процессы протекают иначе, чем на Земле.
- Например, слезы не катятся вниз по щекам, а остаются на глазах и вызывают жжение.
- Воздушные пузырьки в кипящей воде не всплывают вверх, чтобы лопнуть на поверхности, а превращаются в один большой пузырь с горячим газом внутри.
Даже пламя в космосе выглядит совершенно иначе, что было доказано в ходе эксперимента.
Знаете ли вы, почему у свечи вытянутое пламя? Оно принимает такую форму из-за горячего воздуха, поскольку он легче холодного.
Его выдавливает наверх, а уже он тянет за собой пламя свечи. Таким образом работает конвекция.
Но если зажечь свечу в невесомости, то пламя принимает форму шара и синеет. Это связано с отсутствием конвекции, когда отводятся продукты горения. Именно они скапливаются рядом с пламенем и окрашивают его в синий оттенок.
ФОТО: Кадр программы "Знаете ли вы, что?", РЕН ТВ
Космонавты не испытывают проблем с трапезой благодаря перистальтике кишечника
На Земле наш мозг ориентируется в пространстве при помощи вестибулярной системы, которая работает благодаря силе тяжести. Поэтому мы всегда можем с уверенностью сказать, где находится верх, а где низ.
А еще гравитация помогает нам глотать пищу. Еда проваливается в желудок под собственным весом и медленно, но верно, идет дальше по пищеводу. Но как тогда еда находит правильную дорогу в состоянии невесомости? Почему она не встает в горле комом?
"Система пищеварения, с одной стороны, гравитационно зависимая, с другой – за счет того, что обладает таким свойством, как перистальтика, пища вполне нормально продвигается по нашему пищеварительному тракту. Космонавты при глотании не испытывают каких-то затруднений", – рассказал Сальников.
Перистальтика – это ритмичные волнообразные сокращения гладкой мускулатуры, которые помогают проталкивать еду по кишечнику, желудку или пищеводу. Работает этот физиологический механизм безотказно в любом положении организма.
Чтобы это продемонстрировать, экспериментатор Максим Палагнюк встал на голову и попробовал съесть бутерброд с колбасой, лапшу быстрого приготовления и яблоко. После трапезы он рассказал о своих ощущениях.
"Вообще я удивлен тем, что мой желудок справился с гравитацией. На самом деле, это было непросто. Жидкости, как я понял, и мягкая пища в принципе проглатываются вполне легко. А вот с твердой уже возникают проблемы – яблоко было тяжело глотать. И еще я понял, что чем более полный желудок, тем тяжелее проглотить пищу", – поделился экспериментатор.
Работники МКС не пренебрегают тренажерами по созданию искусственной гравитации
Стоять долго на голове трудно, а находиться на ногах вредно, потому что под действием силы тяжести кровь стремится вниз. В результате возникают застойные явления в сосудах нижних конечностей, что чревато варикозной болезнью или тромбозом. А вот в невесомости кровь, которую гоняет по телу сердечная мышца, стремится не к ногам, а к голове.
"Потому что тонус сосудов в верхней половине тела ниже, чем в нижней половине тела. Соответственно, сопротивление току крови меньше, и она утекает вверх. Поэтому возникает ощущение перевернутости, когда космонавты говорят, что как будто они висят вниз головой", – объяснил медик.
Чтобы избежать этого неприятного ощущения, космонавты на борту МКС каждый день по 2,5 часа потеют на беговой дорожке. Физические упражнения помогают им разогнать кровь по сосудам нижних конечностей и поддерживать в тонусе мышцы, которые в невесомости быстро атрофируются.
Но во время межпланетных перелетов, в которые человечество рано или поздно отправится, беговая дорожка ноги не спасет. Здесь потребуются более серьезные тренажеры, например, установка искусственной гравитации.
"Эта центрифуга вращается при величине 22-28 оборотов в минуту. При вращении возникает центробежная сила, которая заставляет человека плотно опираться стопами на поверхность, вызывая тем самым опорные рефлексы для того, чтобы кровь перераспределялась от головы к ногам, тренируя сосудистый тонус нашего организма", – рассказал Сальников.
Гидроневесомость можно воссоздать даже дома в ванне
Возвращающимся на Землю космонавтам приходится менять весь свой гардероб, потому что за время, проведенное на орбите, позвоночник растягивается на 3-4 сантиметра. Такой же результат можно получить и в антигравитационной ванне. В нее погружают людей, которые страдают от протрузий и грыж, чтобы снизить нагрузку на позвоночный столб и тем самым унять боль.
Подобный эффект был продемонстрирован в ходе эксперимента. Ведущий программы взял фигурку человека, которая была выполнена из силикона.
Когда ее бросили в обычную воду, она утонула, но в перенасыщенном растворе соли фигурка начала всплывать и держаться в толще воды. Такой эффект называется гидроневесомостью. А при добавлении соляного раствора фигурка человека начинала подниматься ближе к поверхности.
Влияние гравитации на животных и растения
У кошек четыре ноги, и при падении они всегда на них приземляются, потому что умеют в свободном полете поворачивать туловище при помощи хвоста.
"Когда кошки попадают в условия невесомости, они испытывают очень большой стресс из-за того, что не чувствуют под лапами точку опоры. Поэтому котики пытаются "приземлиться", то есть они начинают крутить хвостом либо могут зацепиться за какую-то точку опоры и так висеть", – рассказала биолог Мария Чернявская.
- Сила притяжения Земли заставляет корни деревьев, кустарников и цветов расти вниз, даже если горшок с растением перевернуть вверх дном.
- Пчелам она помогает строить шестиугольные, а не круглые соты.
А вот паукам для того, чтобы плести свои сети, гравитация не нужна
"Из-за того, что в условиях невесомости нет тяжести и гравитации, пауки (в качестве ориентира. – Прим. РЕН ТВ) находят для себя источник света. С точки зрения биологии это уникальное явление, потому что у пауков нет встроенной системы ориентации на свет, чтобы плести паутину. По сути, они смогли этому научиться в условиях невесомости", – объяснила биолог.
На орбите Земли уже побывали кошки, собаки, пауки, морские свинки, мыши и даже беличья обезьяна. А вот птиц в космонавты не берут. Дело в том, что в невесомости они не могут глотать и быстро погибают.
Какой из этого можно сделать вывод? Очень простой. Когда на Марсе зацветут яблони, то чирикать в них будет некому.
Еще больше интересного от РЕН ТВ – в канале "Рен. Знание" мессенджера MAX