… продолжили предварительный сбор грузов для нашего «Союза», в том числе нашей личной квоты в 1,5 кг, и упаковали другие свои личные вещи для возвращения на Землю.
Задумался. ОК, с орбиты астронавты могут взять с собой 1,5 кг вещей. Но как они определят их массу в условиях невесомости (микрогравитации)?
Вариант 1 — бухгалтерский. Все вещи на космическом корабле надо взвесить заранее. Должно быть досконально известно, сколько весит колпачок от ручки, носок и флешка.
Вариант 2 — центробежный. На тарированной пружине раскручиваем предмет; из угловой скорости, радиуса вращения и деформации пружины высчитываем его массу.
Вариант 3 — второй ньютоновский (F=ma). Пружиной толкаем тело, замеряем его ускорение. Зная силу толчка пружины, получаем массу.
Оказалось четвертое.
Используется зависимость периода колебаний пружины от массы закрепленного на ней тела.
Измеритель массы тела и малых масс в невесомости «ИМ-01М» (массметр):
«ИМ» использовался на станциях «Салют» и «Мир». Собственная масса массметра составляла 11 кг, взвешивание занимало полминуты, в течение которых прибор с высокой точностью измерял период колебаний платформы с грузом.
Вот как описывает процедуру Валентин Лебедев в своем «Дневнике космонавта» (1982):
Первый раз приходится взвешиваться в космосе. Понятно, что обычные весы здесь работать не могут, так как нет веса. Наши весы в отличие от земных необычные, они работают на другом принципе и представляют собой колеблющуюся платформу на пружинах.
Перед взвешиванием опускаю платформу, сжимая пружины, до фиксаторов, ложусь на нее, плотно прижимаясь к поверхности, и фиксируюсь, группирую тело, чтобы не болталось, обхватывая профильный ложемент платформы ногами и руками. Нажимаю спуск. Легкий толчок, и ощущаю колебания. Частота их высвечивается на индикаторе в цифровом коде. Считываю его значение, вычитаю код частоты колебания платформы, замеренных без человека, и по таблице определяю свой вес.
Орбитальная пилотируемая станция «Алмаз», массметр под цифрой 5:
Модернизированный вариант этого устройства и находится сейчас на Международной космической станции:
Видео:
Справедливости ради — вариант 1 (предварительное взвешивание всего) используется и сейчас для общего контроля, а вариант 3 (второй закон Ньютона) применяется в устройстве взвешивания Space Linear Acceleration Mass Measurement Device (SLAMMD) NASA:
Экспериментально установили, что показания ИМ-01М и SLAMMD при взвешивании космонавтов в среднем расходятся на 1,1 кг.
Комментарии (6)
justmara
19.05.2015 13:02+7Приличная такая погрешность должна быть как раз за счёт степени того, насколько "плотно прижимаясь к поверхности, и фиксируюсь, группирую тело, чтобы не болталось". Всё-таки человек — не абсолютно жесткое тело и часть импульсов уходит на разминание жиромяса.
Rumlin
19.05.2015 14:07+2Скорее всего «коэффициент жиромяса» для конкретного тела не сильно меняется в полете. Могут на Земле вносить поправку для конкретного космонавта на основе медицинских данных полученных перед полетом.
KivApple
19.05.2015 21:57+2Так ведь он ещё будет зависеть от степени напряжения мышц. А человек не способен напрячь свои мышцы точно на определённую величину, всё будет приблизительно от раза к разу. А ещё ведь в невесомости мышцы атрофируются, поэтому жёсткость будет падать чем дольше провёл человек в космосе. А ещё он может потолстеть или похудеть из-за особенностей питания и физических нагрузок. В общем, погрешность будет в любом случае какая-то, как не калибруй на Земле.
Rumlin
В каком-то сборнике задач по физике (1980-х годов издания) встречал задачи как измерить массу космонавта в невесомости и вариации задачи на вычисление — чему равна масса тела космонавта если жесткость пружины такая-то, период колебаний такой-то.