אסטרונאוט מרחף בחלל

בשבועות האחרונים הופיעה בדף הבית השאלה הבאה, שהוצעה ע"י עדי רוזן :

אכן, רוב המצביעים צדקו. התשובה הנכונה היא: תאוצת הנפילה החופשית של הלוויין שווה לזו של האסטרונאוט.

תאוצת הנפילה החופשית ביחס לכדור-הארץ במקום מסוים תלויה במסת כדוה"א, M, ובמרחק מקום זה ממרכז כדוה"א, r, על פי הקשר: . מאחר והמרחקים של האסטרונאוט והחללית ממרכז כדוה"א שווים הרי שלשניהם אותה תאוצת נפילה חופשית.

אמנם ככל שהמרחק ממרכז כדה"א גָדֵל תאוצת הנפילה החופשית קְטֵנָה וממילא כח הכבידה שמפעיל כדה"א על החללית ועל האסטרונאוט קָטֵן, אולם אין זה אומר שכח זה אפסי.
לווינים רבים נעים בגובה מסדר גודל של 300 ק"מ מעל פני כדה"א. בגובה זה כח הכובד קטן רק בכ-10% ביחס לכח הכובד על פני הארץ.

נזכור שהאסטרונאוט והחללית נעים בתנועה מעגלית סביב כדה"א. אילו לא היה פועל עליהם כח כבידה הם היו נעים בקו ישר, על פי החוק הראשון של ניוטון.


הצילומים של האסטרונאוט בהם אנו צופים בטלוויזיה מגיעים אלינו בעזרת מצלמות המותקנות בתוך החללית ומבצעות תנועה ביחד עם החללית והאסטרונאוט. בין המצלמה לאסטרונאוט אין תנועה יחסית, כלומר תאוצת האסטרונאוט ביחס למצלמה היא אפס ולכן המצלמה צופה בו מרחף ואלו התמונות המועברות אלינו. אילו הצילום היה נעשה ע"י מצלמה הנמצאת על פני כדוה"א היינו צופים באסטרונאוט הנע בתנועה מעגלית, שהיא כמובן תנועה מואצת.

כאשר אסטרונאוט נמצא בתוך חללית המקיפה את כדוה"א בתנועה מעגלית (כאשר מנועיה כבויים):
 כח הכובד שכדור הארץ מפעיל עליו אינו אפס.
 תנועת האסטרונאוט ביחס לארץ היא נפילה חופשית ותאוצתו היא תאוצת הנפילה החופשית.
האסטרונאוט נע באותה התאוצה כמו החללית ולכן יחסית למצלמות המותקנות בחללית תאוצתו היא אפס והוא מצולם מרחף.

עוד בנושא כבידה באתר זה, לחצו כאן