Český kosmonaut Aleš Svoboda

[Snoopy]

Díky oběma

Neplatí tedy, že pro vznik odstředivé síly je nutný závěs obíhajícího tělesa? Buď pevné spojení se středem otáčení nebo mantinel podél dráhy.
A opravdu si cením, že v tomhle počasí ještě žhavíte závity

[Marble]

1) Kolem 19. minuty, když Aleš popisoval let na ISS, uvedl, že kosmická loď nabírá rychlost, aby se vyrovnaly odstředivá a gravitační síla. Měl jsem za to, že u orbitálního letu odstředivá síla (vázaná na závěs tělesa?) nepůsobí. A dopředná rychlost v součtu s gravitací způsobuje "nekonečný volný pád" kolem Země. Mikrogravitace tak vzniká v důsledku volného pádu, jako např. při Zero-G letech nebo v utrženém výtahu.
Jak je to prosím vás s odstředivou silou u obíhajícího tělesa?

Popisovat to jako důvod "aby" nedává moc smysl. Nicméně odstředivá síla (a všechny další setrvačné síly) je zcela legitimní pojem, jen je potřeba si správně přebrat, co to je (ne, není to síla od provázku ani nic podobného "fyzického") a proč a kde se vzala.

Nemá to moc co dělat s "fyzickou skutečností", ale spíš s tím, jak skutečnost popisujeme pomocí fyzikálních zákonů a rovnic. V principu se dá vymyslet spousta různých způsobů jak popsat děje v přírodě, ale většinou preferujeme ty "hezké" a jednoduché. Což Newtonovy zákony v jistém smyslu jsou. Ale potřebují k tomu předpoklad, že veškerý pohyb (rychlosti atd) se měří v inerciální vztažné soustavě. Tj. referenční bod vůči kterému určujeme, jak rychle se jiný objekt hýbe, se sám nesmí pohybovat (se zrychlením, rovnoměrný přímočarý pohyb je ok). Ani povrch Země není zcela inerciální (rotace, oběh kolem Slunce, ...) ale v prvním přiblížení může být dostatečně dobrou referencí.

Takže když se na situaci díváme z pohledu ze Země, tak se jak kosmická loď, tak kosmonaut tak všechno další pohybuje po stejné (zakřivené) dráze, protože na všechny objekty působí gravitace Země. Ta se s ničím "neruší", naopak je to potřebná síla ke kruhovému pohybu, protože jinak by kosmická loď odlétla přímo rovně pryč. Tohle je samozřejmě principiálně dostatečné pro popis situace kdy objekt uvnitř lodi vůči lodi samotné nikam "nepadá". Oba se pohybují po stejné dráze. Velké číslo minus jiné stejně velké číslo dá nulu. Žádný problém. Jen je to trochu nepraktický matematický model, když jsi uvnitř té kosmické lodi a "padání" kolem Země tě vlastně "nezajímá". Protože vidíš kolem sebe stěny lodi, je přirozené veškerý pohyb vztahovat k nim.

A to se "rozbije". Protože na všechny objekty, co vidíš uvnitř lodi pořád působí gravitace, Newtonovy rovnice ti říkají, že by měly padat dolů, ne se vznášet. A "rozbité" je to protože předpoklad Newtonových rovnic, protože kosmická loď není inerciální ("nehybná") soustava. Co s tím? Buď můžeme v našem popisu "zrušit" gravitaci, jenže takhle postavený popis fyziky by měl dost problémů být hezký a jednoduchý. Takže naopak zkusme přidat další sílu navíc. Která bude mířit proti gravitaci a vyruší ji, takže zcela podle Newtonových zákonů se bude objekt v lodi vůči té samotné lodi vznášet. Hurá, konečně máme tu "odstředivou sílu". Tenhle přístup funguje matematicky docela konsistentně a jednoduše (přídavná síla je závislá jen na zrychlení "krabice" vůči které pohyb popisujeme, a na hmotnosti popisovaného objektu), a nepotřebuje žádnou speciální verzi newtonových zákonů pro zemskou orbitu.

Situace v padajícím výtahu nebo zero-g letech je úplně stejná. Pokud chci popisovat pohyb objektů relativně k tomu výtahu nebo letadlu (což je přirozená reference pokud jsme uvnitř), musím pro to, aby Newtonovy zákony fungovaly přidat novou sílu závislou na zrychlení pohybu mé vztažné soustavy. Pokud výtah padá rovně dolů, zní divně říkat tomu "odstředivá síla", ale je to principiálně úplně stejná síla namířená proti směru zrychlení "krabice" vůči které chceme pohyby dalších těles popisovat.

[Marble]

P.S. co se týká situace "kabina roztočená na provázku" (nebo kolotoč nebo tak něco ). Tam bude (pokud bych byl uvnitř té kabiny a popisoval situaci vůči ní) všechno s odstředivou silou fungovat úplně stejně jako jsem popsal výše. Rozdíl je rozdíl mezi gravitací a provázkem. Gravitace působí na všechny objekty přímo a všude, takže vyrovnává odstředivou silou kdekoliv. Ale provázek může na objekty uvnitř působit jen přenosem přes fyzický kontakt, takže odstředivá síla se může vyrovnat jen protitlakem od zdi kabiny, sedadla, atd. Takže dokud předměty "nedopadnou", působí na ně jen odstředivá síla a padají "ven".

A pro úplnost, kabinu na provázku lze samozřejmě popsat i z pohledu zvenčí vůči pevné zemi. Pak žádnou odstředivou sílu nepotřebujeme, a předměty uvnitř prostě letí rovně dokud do nich nenarazí kabina pohybující se po zakřivené kruhové dráze.

[Pospíšil]

No a to se bavíme zatím o Newtonových zákonech, kde jsou jen hmotná tělesa, jednoduché síly a rychlosti.

Jenže jak už víc jak 100 let víme, ono je to vlastně o zakřivení časoprostoru v okolí hmotného objektu, jak pravil Einstein.
A tam už jsou ty rovnice “krapet složitější”, ale nekažme si letní odpoledne, že.




Trocha teorie, kdyby měl někdo zájem:
https://www.astronuklfyzika.cz/Gravitace2-5.htm

[Marble]

Jsem chvíli přemýšlel, jestli mám myšlenku přístupu "zapomeneme na gravitaci" rozvést až k OTR , ale přišlo mi to trochu mimo původní otázku. Nicméně chaotické snahy o "chytré" poučování, že odstředivá síla neexistuje apod. vidím docela často, tak si myslím, že neuškodí pokusit se to občas uvést na pravou míru. [edit STR->OTR]

[Jayhawk]

Přišlo otázkami, že byl Aleš některými otázkami, těmi na základy, trošku překvapen.
Čekal asi spíše otázky na jeho a Českou cestu do Vesmíru a na experimenty které bude v prospěch Česka
provádět.