# Почему огонь в невесомости круглый, а слинки не сжимается? Опыт Veritasium в Zero-G

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=xdJwG_9kF8s
Канал: Veritasium
Опубликовано: 03.05.2017

---

Известный популяризатор науки и ведущий научно-популярного YouTube-канала Veritasium Дерек Мюллер отправился во Францию, чтобы впервые в жизни испытать состояние полной невесомости на борту специального самолета Zero-G [0:00], [0:25]. По приглашению французского блогера Брюса (автора канала e-penser) и вместе с физиком Дианой Коуэрн (канал Physics Girl) он провел серию уникальных экспериментов в условиях измененной гравитации [0:25], [0:38]. Эти опыты наглядно продемонстрировали, как отсутствие силы тяжести полностью меняет привычные физические процессы — от формы горения пламени до поведения вращающейся пружины [3:39], [5:49].

## ✈️ Физика невесомости: как устроен полет по параболе
[[JUMP:0:00]]

Принцип создания искусственной невесомости на борту самолета относительно прост: воздушное судно и все объекты внутри него должны ускоряться по направлению к Земле с той же скоростью, что и свободно падающее тело в вакууме [0:51]. Данный показатель равен ускорению свободного падения — 9,8 м/с² [0:51]. 

Для объяснения этого физического явления Дерек Мюллер приводит аналогию с ручкой внутри пластиковой бутылки [0:51]. Если бутылка свободно падает, между ней и ручкой исчезает сила реакции опоры (физический контакт), из-за чего ручка внутри бутылки оказывается в состоянии невесомости [1:04].

Вопреки распространенному заблуждению, для создания этого эффекта самолет не просто пикирует вниз [1:17]. Процесс состоит из нескольких строго выверенных этапов:

*   **Набор высоты (Hyper-G):** Самолет начинает крутой подъем под углом, который постепенно увеличивается до 50 градусов [1:17], [2:08]. Из-за отсутствия иллюминаторов пассажиры не видят изменения положения тела в пространстве, но ощущают колоссальную перегрузку [1:17]. В этот момент сила, вдавливающая людей в пол, эквивалентна 1,8 от их обычного веса [1:30].
*   **Вход в параболу (Zero-G):** Когда угол подъема достигает 50 градусов, пилоты резко снижают тягу двигателей, переводя самолет на параболическую траекторию движения [2:08]. В этот момент начинается фаза невесомости [2:08].
*   **Свободное падение:** Самолет и пассажиры продолжают двигаться по инерции вверх, но уже ускоряются по направлению к Земле [2:21]. Пилоты с филигранной точностью регулируют тягу двигателей, чтобы полностью компенсировать сопротивление воздуха и поддерживать ускорение свободного падения [2:48].
*   **Выход из пике:** Через 22 секунды невесомости пилоты снова выводят самолет из снижения, из-за чего пассажиры вновь испытывают перегрузку в 1,8g [3:01].

Всего за время полета команда выполнила 13 парабол с нулевой гравитацией (Zero-G), а также смоделировала одну параболу с марсианской гравитацией (около 1/3 земной) и две с лунной гравитацией (около 1/6 земной) [3:13]. По словам Дерека Мюллера, в условиях марсианской гравитации он смог с легкостью отжиматься и подтягиваться на одной руке [3:27].

При этом фаза перегрузки в 1,8g физически переносится тяжело [1:30].Standing во время набора высоты становится практически невозможным, а кровь отливает от головы к ногам, вызывая сильное головокружение [1:30], [1:42]. Инструкторы рекомендуют пассажирам лежать на спине и не вращать головой, так как в условиях гипергравитации вестибулярный аппарат становится гиперчувствительным, что может быстро привести к морской болезни [1:54]. Именно из-за этого подобные самолеты неофициально называют «рвотной кометой» (vomit comet) [1:54].

## 🔥 Поведение пламени: почему огонь в невесомости меняет форму
[[JUMP:3:39]]

Для первого эксперимента исследователи взяли обычную газовую зажигалку, чтобы сравнить горение в трех разных режимах: при нормальной гравитации (1g), при перегрузке (1,8g) и в полной невесомости (Zero-G) [3:39].

В земных условиях (1g) пламя имеет характерную вытянутую каплевидную форму [3:52]. Это объясняется законами термодинамики и гравитации: продукты горения обладают высокой энергией, нагреваются, расширяются и становятся менее плотными, чем окружающий их холодный воздух [3:52]. В результате возникает архимедова (выталкивающая) сила, которая заставляет горячий воздух подниматься вверх [4:05]. Этот процесс естественной конвекции постоянно втягивает свежий кислород снизу, поддерживая непрерывную реакцию горения [4:05].

В условиях повышенной гравитации (1,8g) разница в весе между горячим и холодным воздухом увеличивается почти вдвое [4:32]. Это приводит к тому, что выталкивающая сила возрастает, горячий воздух устремляется вверх с гораздо большей скоростью, а само пламя становится заметно длиннее и тоньше [4:32].

В невесомости (Zero-G) физика процесса кардинально меняется [5:10]. Горячий воздух по-прежнему остается менее плотным, однако из-за отсутствия веса выталкивающая сила полностью исчезает [5:10]. В эксперименте с зажигалкой пламя не стало идеально круглым только потому, что газ подавался под давлением из сопла [5:10]. Тем не менее, пламя выглядело крайне необычно и постоянно колыхалось [4:44]. При горении обычной свечи в невесомости (например, на МКС) пламя принимает форму идеальной сферы [5:22]. 

Поддерживать горение в невесомости крайне сложно: без конвекции кислород не может легко пробиться к источнику топлива, так как продукты горения не поднимаются вверх, а скапливаются вокруг зоны химической реакции, блокируя приток воздуха [5:34]. Во время эксперимента Дерека Мюллера от пламени в невесомости отделялось аномально большое количество дыма из-за неполного сгорания углерода [4:44]. Ведущий резюмирует, что наблюдение за формой пламени — это отличный способ мгновенно определить уровень гравитации в помещении [5:34].

## 🌀 Эксперимент со слинки: вращение вопреки интуиции
[[JUMP:5:49]]

Второй эксперимент Дерек Мюллер провел со знаменитой игрушкой-пружиной слинки [5:49]. На Земле под действием собственного веса подвешенная пружина растягивается. В условиях невесомости подвесить ее таким образом невозможно, поэтому Мюллер применил другой подход: он начал вращать пружину вокруг своей головы, имитируя равномерное круговое движение [5:49], [6:02]. Каждое кольцо слинки растягивалось, обеспечивая натяжение, необходимое для поддержания кругового вращения [6:02].

Основная цель эксперимента заключалась в том, чтобы зафиксировать на камеру с высокой частотой кадров, что произойдет с концом пружины, если ее внезапно отпустить [6:02].

После того как ведущий отпустил слинки, она не сжалась, а продолжила лететь в растянутом состоянии, вращаясь практически с той же частотой, что и до этого [6:16], [6:29]. По признанию Мюллера, изначально он посчитал этот результат скучным и неудачным [6:29]. Однако детальный физический анализ показал глубокую суть произошедшего:

1. Сила тяжести (вес) вообще не фигурировала в уравнении деформации этой пружины во время полета [6:43].
2. Пружина растянулась исключительно за счет центробежного эффекта во время вращения [6:43].
3. Поскольку после отпускания слинки продолжила вращаться по инерции, внутреннее натяжение витков пружины продолжало выступать в роли центростремительной силы, необходимой для поддержания этого кругового движения [6:56].
4. В результате слинки осталась растянутой и вращалась на месте без сжатия [6:56].

Этот эксперимент, по мнению Мюллера, наглядно демонстрирует, насколько сильно человеческая интуиция ограничена земным опытом постоянного воздействия гравитации [7:08]. Подобные опыты доказывают критическую важность проведения научных исследований непосредственно в условиях микрогравитации [7:20].