Valószínűleg mindannyiunknak megfordult már a fejében ez a kérdés, ha máskor nem, akkor egy borongós, ábrándozó délutánon a kozmosz végtelenjéről elmélkedve. Egy űrhajós lebeg a súlytalanságban, és hirtelen… bumm! Egy kiadós szélgáz hagyja el a testét. Vajon ez a parányi gázkiömlés elegendő lenne ahhoz, hogy a hatalmas űrben lassan, de biztosan elmozdítsa, netán irányt változtasson az asztronauta? 🤔
A kérdés egyszerre vicces és tudományosan is elgondolkodtató, hiszen az alapja egy nagyon is valós fizikai elvnek: Newton harmadik törvényének, avagy a hatás-ellenhatás törvényének. Merüljünk el ebben a fura, de annál izgalmasabb témában, és nézzük meg, mit mond a tudomány erről a „kozmikus gázfröccsről”! 🌠
Newton harmadik törvénye: A kulcs a rejtélyhez
Mielőtt mélyebbre ásnánk magunkat a bélgázok hajtóerejének rejtelmeiben, elevenítsük fel röviden Sir Isaac Newton legendás harmadik törvényét. Ez az elv az egyik alappillére a modern fizikának, és azt mondja ki, hogy „Minden hatásnak van egy vele egyenlő nagyságú és ellentétes irányú ellenhatása.” Egyszerűen hangzik, ugye? De mit is jelent ez a gyakorlatban?
Gondoljunk csak bele a mindennapi életünkből vett példákra:
- Amikor egy rakéta felszáll: A rakéta lefelé nagy sebességgel lök ki forró gázokat (hatás), aminek következtében az maga felfelé mozdul el (ellenhatás). Ez a rakétahajtóművek működésének alapja. 🚀
- Amikor úszunk a vízben: A karunkat és lábunkat hátrafelé toljuk a vízen (hatás), mire a víz előre tol minket (ellenhatás). 🏊♀️
- Amikor kilövünk egy puskával: A golyó nagy sebességgel előre repül (hatás), de cserébe érezzük a puska „hátrarúgását”, a vállunkra nehezedő visszarúgó erőt (ellenhatás). 💥
A lényeg tehát, hogy minden olyan esetben, amikor egy tömeget bizonyos sebességgel kilökünk magunkból, vagy valamiből, azzal egyidejűleg tapasztalunk egy ellentétes irányú, egyenlő nagyságú erőt, ami minket vagy az adott testet mozdítja el. Ezt az erőt nevezzük tolóerőnek vagy hajtóerőnek.
A vákuum áldása és átka
A világűr egy különleges környezet. Itt nincsen súrlódás, nincsen légellenállás, ami a mozgó testeket lassítaná. Ez azt jelenti, hogy még egy rendkívül parányi erő is, ha tartósan hat, képes nagy sebességre gyorsítani egy testet. Gondoljunk bele: ha kilökünk egy golyót az űrben, az elméletileg örökké haladni fog ugyanabban az irányban, ugyanazzal a sebességgel, egészen addig, amíg valamilyen gravitációs erő vagy ütközés meg nem állítja. Ez az oka annak, hogy a kis hideggáz-hajtóművek (thrusters) is hatékonyan tudják irányítani az űrhajókat vagy az űrsétát végző űrhajósokat.
Tehát, ha a hatás-ellenhatás elvét alkalmazzuk, és figyelembe vesszük a súrlódásmentes mikrogravitációs környezetet, akkor a válasz a felmerült kérdésre elméletileg IGEN! Egy fing, mint kilövellő gáztömeg, valóban generálna egy apró, elenyésző tolóerőt, ami az űrhajóst ellenkező irányba mozdítaná el. 🤯
Elmélet és valóság: A nagyságrendek kérdése
Oké, elméletileg tiszta sor. De lássuk a medvét, avagy a… gázt a valóságban! Mennyire lenne hatékony ez a „kozmikus gázfröccs”? 🤔
A fing, mint hajtóanyag: Mennyi az annyi?
Egy átlagos emberi fing körülbelül 0,03 és 0,1 liter közötti gázt tartalmaz. Ennek a gáznak a sűrűsége persze sokkal kisebb, mint a víznek vagy a szilárd anyagnak. Főleg nitrogénből, szén-dioxidból, metánból, hidrogénből, és kis mennyiségben olyan szagos vegyületekből áll, mint a hidrogén-szulfid. 🤢
Ha megpróbálnánk kiszámolni az általa generált erőt, rendkívül apró számokat kapnánk. Egy átlagos emberi fing hajtóerejét mikronewtonokban mérnénk. Összehasonlításképp, egy szúnyog tömegének megfelelő erő, vagy annál is kevesebb. Egyetlen Newton egy kilogramm tömegű testet 1 m/s² sebességgel gyorsít fel. Ahhoz, hogy egy űrhajós, aki a felszerelésével együtt akár 100-150 kg is lehet, egy érezhető sebességre tegyen szert, sok-sok nagyságrenddel nagyobb erőre lenne szükség.
Képzeljük el: Ahhoz, hogy egy 70 kg-os űrhajós 1 m/s sebességre gyorsuljon egyetlen másodperc alatt, 70 Newton erőre lenne szükség. Egy fing által generált pár mikronewton ehhez képest a nullához közelít. Olyan ez, mintha egy elefántot akarnánk egy porszívóval mozgásba hozni. Abszurd, igaz? 😂
Irányítás és fenntarthatóság
A hajtóerő hatékonysága mellett a másik fontos tényező az irányítás és a fenntarthatóság. Egy rakéta precízen, irányítottan löki ki a hajtógázt, pontosan kalkulált pályán mozogva. Egy fing ezzel szemben egy kontrollálatlan, rövid idejű, és nehezen (vagy inkább sehogy) irányítható gázkiömlés. Nem tudnánk céltudatosan egy bizonyos irányba „fingani” magunkat. Arról nem is beszélve, hogy nem tudnánk folyamatosan elegendő mennyiségű gázt termelni ahhoz, hogy bármilyen értelmezhető sebességet elérjünk vagy megtartsunk.
Arról nem is szólva, hogy a gáz, hacsak az asztronauta nem valamilyen különleges kísérletben vesz részt (amit őszintén szólva kétlek), nem közvetlenül a szabad űrbe távozna. Ha űrruhában van, a gáz az űrruhán belül maradna, és legfeljebb kellemetlen szagot és nyomáscsökkenést okozna, de nem hajtóerőt. Ha pedig az Nemzetközi Űrállomás (ISS) zárt légterében történne az eset, akkor az űrállomás légkörét dúsítaná, de az űrhajós mozgását nem befolyásolná, mivel a gáz nem távozna a „rendszerből”. Az űrruhán belüli légtérben a gáz szétoszlana, nem eredményezne iránymutatásos erőt. Képzeljük el, milyen illatok lengenének az űrállomáson, ha a „fing-hajtómű” egy működő elv lenne! 🤢💨
Hogyan mozognak az űrhajósok a valóságban?
Most, hogy alaposan kiveséztük a „fing-propulzió” elméleti és gyakorlati korlátait, nézzük meg, hogyan mozognak valójában az űrhajósok és az űreszközök a világűrben.
- Rakétahajtóművek: A legnagyobb és leggyakoribb hajtóművek, melyek hatalmas mennyiségű égő üzemanyagot löknek ki nagy sebességgel, óriási tolóerőt generálva. Ezek teszik lehetővé az űrhajók és szondák indítását, és a bolygóközi utazást.
- Hideggáz-hajtóművek (Cold Gas Thrusters): Ezek kis tartályokból kiáramló sűrített gázt (pl. nitrogén, hélium) használnak a finom manőverezéshez. Az űrhajósok űrséták során ilyen, úgynevezett MMU (Manned Maneuvering Unit) egységeket használtak, melyek kis fúvókákon keresztül löktek ki gázt, lehetővé téve a precíziós mozgást és irányváltást. Ma már az űrhajósok gyakran a kézen lévő fúvókákkal, vagy a ruhájukba integrált hasonló rendszerekkel mozognak. Ezen elv alapján, ha egy finget egy irányított fúvókán keresztül tudnánk nagy sebességgel kipréselni, akkor lenne némi értelme, de ez nem valósul meg a bélgázok esetében.
- Ionhajtóművek: Ezek sokkal kisebb tolóerővel, de rendkívül nagy hatásfokkal működnek, ionizált gáz (például xenon) részecskéket gyorsítva fel elektromágneses mező segítségével. Ezek hosszú távú küldetésekre ideálisak, ahol az üzemanyag-takarékosság kulcsfontosságú.
- Kéz és láb ereje: Az űrállomás belsejében, ahol a súlytalanság uralkodik, az űrhajósok egyszerűen a falakba kapaszkodva, vagy magukat eltolva mozognak. Gyakran csak egy apró lökés is elég, hogy szobáról szobára „repüljenek” a légtérben. 🤸♂️
Láthatjuk tehát, hogy a valós űrhajózásban használt hajtóerők és mozgásformák nagyságrendekkel, sőt, abszolút mérhetetlenül eltérnek a „fing-propulzió” feltételezett erejétől. Az a néhány mikronewtonnyi erő, amit egy bélgáz generálhat, egyszerűen elhanyagolható bármilyen gyakorlati célra.
Emésztés és gázképződés az űrben
Érdekes mellékszál, hogy az űrhajósok emésztése valóban másképp működik a mikrogravitációban. Sokan számolnak be arról, hogy az űrben több gáz termelődik a szervezetükben, és a gázok nem „szállnak fel” a gyomorban, mint a Földön, ami kellemetlen puffadáshoz és diszkomforthoz vezethet. Ezért is nagyon fontos a gondosan megtervezett űrhajósi étrend, amely rostokban gazdag, de kerüli a túlzott gázképződést előidéző ételeket (pl. bizonyos babfélék, káposzta). 😂
A szellőzés és a levegő tisztán tartása az űrállomáson rendkívül fontos. Különleges levegőszűrő rendszerek gondoskodnak arról, hogy a levegő mindig friss és tiszta maradjon, eltávolítva a szén-dioxidot, a párát és minden egyéb nem kívánt gázt, beleértve persze az emberi emésztés melléktermékeit is. Így az a bizonyos „kozmikus gázfröccs” sem fogja tartósan szennyezni az űrállomás levegőjét. 👍
Konklúzió: Vicces, de hatástalan
Tehát, térjünk vissza a kezdeti kérdéshez: „A fing valóban meghajtja az űrhajóst a világűrben a hatás-ellenhatás törvénye szerint?”
A válasz: Elméletileg igen, de gyakorlatilag abszolút nem! 🤷♂️
A Newton harmadik törvénye alapján minden kilövellő tömeg, legyen az akár egy apró gázbuborék is, generál egy ellentétes irányú erőt. A világűr súrlódásmentes környezetében ez az erő valóban elmozdítaná az asztronautát. Azonban az emberi bélgázok által generált tolóerő annyira elenyésző, hogy teljesen irreleváns bármilyen valós mozgás előidézésére. Ráadásul nem irányítható, nem folyamatos, és az űrruhában vagy az űrállomás zárt terében a hatása elhanyagolható lenne.
Inkább csak egy kedves és vicces gondolatkísérlet marad, ami remekül illusztrálja a fizika alapelveit, és persze egy jó poén alapja egy társaságban. A következő alkalommal, amikor valaki felteszi ezt a kérdést, már tudni fogod a pontos, tudományos választ – és talán még egy-két vicces ténnyel is szolgálhatsz az űrhajósok emésztéséről! 😉
A kozmosz lenyűgöző, és bár a fing nem fog minket eljuttatni a Marsra, a tudomány és az emberi leleményesség annál inkább! 🌟 Köszönöm, hogy velem tartottál ezen a szagos, de mégis felvilágosító utazáson! Legyen szép napod, és vigyázz a gázfröccsökkel! 👋
