Космические весы

[22sobaki.livejournal.com]

В русском блоге астронавтки Саманты Кристофоретти, которая сейчас работает на Международной космической станции, прочитал:
"...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 должны быть взвешены 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.

Comments

[prostak-1982.livejournal.com]

В ЮТе как-то вопрос был, как взесить что-либо в космосе с помощью аптекарских рычажных весов.
Кладем на одну чашку предмет взвешивания. На другую чашку гирьки, примерно равные весу предмета. Начинаем плавно тянуть. Если чаша с предметом стронулась первой, то значит предмет легче, и наоборот. Потом подбираем другие гирьки.

[22sobaki.livejournal.com]

Хороший вариант.

[m-ivanov.livejournal.com]

Что именно надо тянуть и куда?

[prostak-1982.livejournal.com]

На некоторых рычажных весах сверху есть ручка, погуглите, например "весы правосудия". Вот за эту ручку и начинаем плавно тянуть весы. Так как масса характеризует инертность тела, то более массивное тело будет иметь большую инерцию при попытке его сдвинуть с места.

[m-ivanov.livejournal.com]

А что значит "стронулась первой"? Они же вместе будут двигаться?

[prostak-1982.livejournal.com]

Я же написал:
Так как масса характеризует инертность тела, то более массивное тело будет иметь большую инерцию при попытке его сдвинуть с места.
То есть более массивное тело сдвинется с места немного позже легкого.

[m-ivanov.livejournal.com]

Они одновременно сдвинутся.

[prostak-1982.livejournal.com]

Почему вы так решили?

[m-ivanov.livejournal.com]

Физика, сэр. Сила начинает действовать на оба тела одновременно.

[prostak-1982.livejournal.com]

Если бы наши весы были полностью похожи на детские балансирные качели, то может быть.
Но у нас-то аптекарские весы, или же "весы правосудия". В обоих типах весов рукоятка привреплена через шарнир к центру рычага. В аптекарские вставлены шарниры на концах рычагов. А в "весах правосудия" вообще цепочки. Таким образом, жесткой связи между чашечками нет. Поэтому и двигаться наши чашечки начнут не одновременно.

[m-ivanov.livejournal.com]

Связь жесткая, через эти самые цепочки. Мы же вверх весы тянем, не вниз? Значит, цепочки натягиваются и двигают чашки. Цепочки при растяжении ведут себя жестко и передают усилие от ручки одновременно на обе чашки.

[prostak-1982.livejournal.com]

Но ведь у нас на чашках уложены предмет и грузики, которые сопротивляются тому, чтобы их начали двигать - инерция. И она, если неправильно подобрали массу грузиков, будет разной.

[m-ivanov.livejournal.com]

Конечно. Но инерция влияет на ускорение, а не на время начала движения.

Более тяжелый груз будет ускоряться медленнее, поэтому за одно и то же время легкий груз уйдет дальше. Но двигаться оба груза начнут одновременно.

[mipt-stan.livejournal.com]

Одновременно, но более лёгкая чаша пойдёт быстрее. Так что правильный алгоритм: "если чаша со взвешиваемым предметом пошла за ручкой быстрее гирь, значит, она легче".

[m-ivanov.livejournal.com]

Так точно:)

[mr-nekt.livejournal.com]

вот придрался так придрался.

[m-ivanov.livejournal.com]

Космос ошибок не прощает:)