Przeczytaj
Warto przeczytać
W fizyce odróżnia się dwa rodzaje układu odniesienia: inercjalny i nieinercjalny. Aby zrozumieć dokładnie, czym jest nieważkość, należy określić różnice pomiędzy tymi układami i siły, jakie mogą działać na ciało w wybranym układzie. Ruch ciała jest pojęciem względnym. To, czy ciało znajduje się w ruchu, zależy jedynie od tego, co przyjmiemy za nieruchome, czyli od wyboru układu odniesienia. Zazwyczaj, za nieruchome, przyjmujemy otoczenie wokół.
Układ inercjalny to układ odniesienia, w którym, jeśli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły równoważą się, pozostaje ono w tym układzie w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym. Mówimy, że I zasada dynamiki jest postulatem istnienia układu inercjalnego. Każdy układ, który porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem dowolnego układu inercjalnego jest też układem inercjalnym.
Układ nieinercjalny to układ odniesienia, który porusza się ruchem zmiennym względem dowolnego układu inercjalnego. W takim układzie występują siły pozorne, zwane siłami bezwładności. Jest to odczucie siły, która w rzeczywistości nie ma źródła. Bardzo łatwo zauważyć to, gdy hamujemy jadąc autem. Siła hamulców działa na samochód, ale na nas ta siła nie działa, więc poruszamy się nadal do przodu. Mówimy, że w nieinercjalnym układzie odniesienia, jakim jest samochód, zadziałała siła bezwładności, która wychyliła nas do przodu. Jeżeli nie mielibyśmy pasów bezpieczeństwa to moglibyśmy wypaść przez szybę z prędkością, jaką miał samochód przed rozpoczęciem hamowania. W układzie inercjalnym to samo zjawisko wyglądała inaczej - po prostu, na kierowcę w samochodzie nie działa siła hamowania, pojazd zaś zwalnia.
Nieważkość to stan, w którym ciało „nic nie waży” lub „nie posiada ciężaruciężaru”. Definicja zależy jednak od układu odniesienia.
W układzie inercjalnym jest to stan, w którym na ciało działa wyłącznie siła ciężkościsiła ciężkości. Ciało nie ma żadnych więzów. Nie stoi na podłożu, więc nie naciska na nie, czyli nie ma siły reakcji podłoża, która równoważyłaby siłę ciężkościsiłę ciężkości.
W układzie nieinercjalnym, który porusza się z przyspieszeniem wywołanym działaniem siły ciężkościsiły ciężkości, działa siła bezwładności. To właśnie ona równoważy siłę ciężkościsiłę ciężkości. W efekcie, w tym układzie na ciało nie działa żadna siła.
Stan nieważkości kojarzy się głównie z kosmosem. Astronauci znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS ang. International Space Station), przez większość czasu znajdują się w stanie nieważkości. Można podziwiać ich zdjęcia takie, jak na Rys. 1. i Rys. 2.
Stacja ta znajduje się nieco ponad 400 km nad powierzchnią Ziemi. Oznacza to, że cały czas jest w polu grawitacyjnym Ziemi. Jeśli układ odniesienia zwiążemy z Ziemią, będzie to układ inercjalny. W nim, stacja cały czas jest poddana działaniu wyłącznie siły grawitacjisiły grawitacji. Na stacji panuje stan nieważkości.
W układzie odniesienia związanym ze stacją, a więc takim, który porusza się po torze zakrzywionym z przyspieszeniem dośrodkowym, na każdy przedmiot działa siła bezwładności nazywana siłą odśrodkową. Astronauci i przedmioty znajduje się w statku są w stanie nieważkości, ponieważ działające na nich siły ciężkościsiły ciężkości równoważone są przez pozorne siły odśrodkowe. Astronauta będący w środku takiej stacji nie odczuwa żadnej działającej na niego siły.
Jednak, czy będąc na Ziemi, jesteśmy w stanie, chociaż przez chwilę, odczuć stan nieważkości?
Wykonując proste doświadczenie w domu, możemy stworzyć „mini” stan nieważkości dla sprężyny lub pęku kluczy.
Weźmy długą sprężynkę‑zabawkę zaprezentowaną na zdjęciu (Rys. 3.).
Trzymając sprężynkę za jeden koniec zauważymy, że rozciąga się ona pod wpływem grawitacji. Druga z działających sił pochodzi od naszej ręki. Obie siły równoważą się. Jeśli jednak upuścimy sprężynę, możemy zauważyć, że w czasie lotu sprężyna jest nierozciągnięta. Nic na nią nie naciska, sama też nie wywiera na nic nacisku, więc podczas lotu jest w stanie nieważkości. Podobnie dzieje się z pękiem kluczy. Łatwo zauważyć, że inaczej są one ułożone, gdy trzymamy ręką za kółko a inaczej, gdy spadają swobodnie na ziemię. W trakcie lotu klucze również znajdują się w stanie nieważkości.
Stan nieważkości na Ziemi zawsze odczuwany jest podczas spadku swobodnego. Rozpatrując tę sytuację względem inercjalnego układu odniesienia, na ciało nie działają wtedy żadne siły, poza siłą grawitacjisiłą grawitacji. W układzie nieinercjalnym, na ciało działa siła bezwładności równoważąca siłę grawitacjisiłę grawitacji - suma wszystkich działających na nie sił jest więc równa zero.
Słowniczek
(ang.: force of gravity, weight) siła działająca na każde ciało znajdujące się w polu grawitacyjnym, wyrażona wzorem , gdzie to masa ciała, a to przyspieszenie grawitacyjne. Ciężar ciała na każdej planecie jest inny, ponieważ charakteryzują się one inną wartością .