Schwerelosigkeit
Als Schwerelosigkeit wird im Allgemeinen ein Zustand bezeichnet, bei dem eine Masse kein Gewicht hat, sie also Schwere los ist. Wird einem Körper, der mittels Gravitation angezogen wird, kein Widerstand entgegengesetzt, entsteht dieser Zustand. Alle Zustände der Schwerelosigkeit sind genau genommen Formen des "freien Falls". Eine gravitationsloser Punkt ist im Universum kaum denkbar, da sich die Gravitationskraft unendlich ausdehnt und somit überall wirkt.
Schwerelos ist ein Körper in folgenden Fällen:
- Im Weltraum, wenn sich ein Körper schneller als die Fluchtgeschwindigkeit der Gravitionszentren in der Nachbarschaft bewegt, solange er sich nicht selbst in einem durch technische Hilfe beschleunigten System (z.B. Rakete) befindet. Für die Schwerelosigkeit im Erdorbit siehe weiter unten.
- Im freien Fall. Wird bei einem frei fallenden Objekt das Gewicht gemessen, zeigt die Waage tatsächlich Null an, da sie ja gemeinsam mit dem Körper frei fällt.
Freier Fall mit spürbarer Schwerelosigkeit kommt in folgenden Situationen vor:- Bei einem Fallschirmsprung kurz nach dem Ausstieg aus dem Flugzeug. (Später erreicht der fallende Springer eine Endgeschwindigkeit, die im Wesentlichen durch den Luftwiderstand bedingt ist.)
- Im Sturzflug, wenn das Flugzeug in einer speziellen parabelförmigen Flugbahn Richtung Erde fliegt. Solche Parabelfüge können bis zu 90 Sekunden Schwerelosigkeit herbeiführen.
- Bei allen Raumflugkörpern, die in einem Orbit um einen Himmelskörper kreisen. Hierbei hebt die Zentrifugalkraft die Schwerkraft nahezu auf. Man spricht auch von Mikrogravitation.
- Auch beim Turmspringen oder beim Bungee-Jumping befindet sich der Körper des Springers (wenn auch nur für einige Sekunden) im schwerelosen Zustand.
- Der 146 Meter hohe Bremer Fallturm ist eine Einrichtung des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitationsforschung (ZARM) an der Universität Bremen. Er ermöglicht eine Fallhöhe von 110 m in einem evakuierten Rohr von 3,5 m Durchmesser. Dennoch ist bei dieser großen Fallhöhe die Fallzeit noch relativ kurz, sie beträgt genau 4,74 Sekunden. Die Experimente werden in einer speziell konstruierten Fallkapsel durchgeführt, die am Ende der Fallstrecke in einem 8 m hohen, mit feinkörnigem Polystyrol-Granulat gefüllten Behälter abgebremst wird. Dort haben die „Versuchskandidaten“ dann immerhin eine Endgeschwindigkeit von 167 km/h.In dem Turm kann künftig für Experimente fast zehn Sekunden Schwerelosigkeit erzeugt werden. Wie die Betriebsgesellschaft des wissenschaftlichen Großlabors mitteilte, lässt sich mit einem neuen, weltweit einzigartigen Katapult die Dauer der Schwerelosigkeit beim einfachen freien Fall im Turm in etwa verdoppeln. Diese Zeit wird nun dadurch verdoppelt, dass die Experimentkapseln aus einem 10 Meter tiefen Raum unterhalb des Turms in die Höhe geschossen werden, bevor sie dann wieder nach unten stürzen. Schon im Steigflug sind die Kapseln schwerelos (www.zarm.uni-bremen.de).
Schüler eines Bremer Gymnasium zeigten, dass sich solche Experimente zur Schwerelosigkeit auch in die Schule holen lassen. Sie präsentierten bei „Jugend forscht 2002" einen Minifallturm, der Fallversuche in jedem (Klassen-)Zimmer erlaubt. Sie nahmen sich den Fallturm ihrer Heimatstadt zum Vorbild und konstruierten einen 2 m hohen Turm. Die Fallzeit von 0,6 Sekunden reicht schon, um dem Computer mittels Videosignal und Kamera verwertbare Daten aus der Fallkapsel zu liefern. Damit ließ sich nicht nur die Verbrennung erforschen, die Schüler haben auch weitere Versuche zu Magnetismus, Drehbewegungen, Oberflächenspannung und Kapillarkräften entwickelt.
Technische Probleme in der Schwerelosigkeit
thumb|Tropfen in Mikrogravitation Schwerelosigkeit kann bei empfindlichen technischen Geräten (besonders bei solchen mit zahlreichen beweglichen Teilen) Probleme verursachen. Physikalische Prozesse, die von der Gravitation abhängen (etwa die Konvektion) funktionieren im schwerelosen Zustand genauso wenig wie Geräte des Alltags wie Duschen, Waschbecken oder WCs. Daher sind in Raumfähren und Raumstationen speziell an die Schwerelosigkeit angepasste sanitäre Anlagen (etwa ein Klosett mit Fäkalien-Sauganlage) im Einsatz. Getrunken wird im Weltraum auch nicht aus Tassen, Gläsern oder Krügen, sondern aus verschließbaren Tuben oder Bechern mit Deckel und verschließbarem Strohhalm.
Reaktion des menschlichen Körpers auf Schwerelosigkeit
Der menschliche Körper reagiert auf Schwerelosigkeit vielfach mit der Raumkrankheit, die genauso wie die Reisekrankheit durch eine Verwirrung des Gleichgewichtssinns hervor gerufen wird. Mit fortschreitender Gewöhnung an den schwerelosen Zustand verschwinden die für die Raumkrankheit charakteristischen Symptome (Schwindelgefühl, Übelkeit bis zum Erbrechen, bei Männern sogar Potenzstörungen). Lang andauernde Schwerelosigkeit (2 Monate oder länger) führt jedoch zu einer Anpassung des menschlichen Körpers: Knochen- und Muskelmasse sowie das Blutvolumen schwinden, was vielen Raumfahrern bei der Rückkehr auf die Erde gesundheitliche Probleme bereitet. Zur Vorbeugung müssen sich Raumfahrer auf Langzeiteinsätzen daher (auf einem Laufband oder Ergometer) körperlich betätigen.
Der Wegfall der Gravitationswirkung führt aber auch zu einer spürbaren Entlastung des menschlichen Körpers (besonders im Wirbelsäulen- und Beinbereich). Auch schläft es sich im schwerelosen Zustand vielfach deutlich besser, da der Körper nicht gegen eine (womöglich zu harte) Unterlage gedrückt wird.
Weblinks
- http://mitglied.lycos.de/zero_g (Schwerelosigkeit und Parabelflüge)