קצת על גרביטציה וכוח ההתמדה, ועל כושר של טייסי קרב

בעקבות מותו בהתרסקות של סגן אסף רמון ז"ל, וההערכה כי הוא התרסק בעקבות איבוד הכרה, הביאה אותי לכתוב קצת על הנושא לטובת אלו שלא מבינים מה זה. אני לא אכתוב בשפה מדעית מידי, אני גם לא מומחה בעניין, אז תסלחו לי על אי הדיוקים. אשמח כמובן להערות והארות. (*)

כוח המשיכה – או ה"גרביטציה", זה הכוח שמחזיק אותנו צמודים לאדמה. הוא אחד מ-4 כוחות פיזיקליים בסיסיים ביקום. כוח המשיכה קיים בין כל שני גופים בעלי מסה. מסת כדור הארץ גדולה מספיק בשביל למשוך בנאדם ממוצע בכוח של 60-70 ק"ג, זה המשקל שלנו. גופים בחלל, שרחוקים מספיק מכדור הארץ, לא נמשכים אליו (כמעט. כוח המשיכה קיים עד קצה היקום, אבל יורד ביחס ריבועי למרחק). לכן המשקל בחלל הוא 0. כוח המשיכה על הירח הוא שישית מכוח המשיכה על כדור הארץ, מה שאומר שאותו בנאדם ישקול שם 10 ק"ג בלבד.

כוח ההתמדה הוא הכוח שגורם ללויינים לנוע במסלולם ללא צורך במנועים. זו הסיבה שאפשר לשגר לויין לחלל שישרת את האנושות במשך שנים רבות: מרגע שהוא מתייצב במסלולו, אפשר לכבות את כל המנועים והוא ימשיך במסלולו עד אין קץ. לא אכנס לכך שלויינים כן מושפעים מתנודות כאלו ואחרות ולכן צריכים מידי פעם "יישור", זו הסיבה שלאחר 20 שנה פחות או יותר, כל לויין "ימות".

כנגזרת מכוח ההתמדה יש את הכוח הצנטריפוגלי. מי שפעם ערבב במהירות את הסוכר בכוס תה וראה שגובה המים באמצע הכוס נמוכים מהגובה בצדדים, היה עֵד לתופעה הזו. נסו לשים ליטר מים בדלי ואז להרים את הדלי בסיבוב מעגלי ותווכחו שהמים לא ישפכו עליכם. אם אתם זזים הצידה בזמן נסיעה בסיבוב, אתם מרגישים בעצמכם את הכוח הצנטריפוגלי. מכונית שמתהפכת בסיבוב בעצם הייתה נתונה לכוח צנטריפוגלי חזק מידי (ולכן צריך להאט לפני פניות). אופנוען שנוטה על צידו בזמן נסיעה בסיבוב לא "נופל" אל הכביש בגלל הכוח הצנטריפוגלי.

כדור הארץ, וכן שאר כוכבי הלכת, מסתובבים במסלולם סביב השמש בגלל כוח המשיכה של השמש (שבגללו הם לא "נזרקים" מהמסלול המעגלי אל החלל) וכוח ההתמדה – הכוח הצנטריפוגלי (שבגללו הם לא "נופלים" אל השמש).

עד כאן ההקדמה. עכשיו אתאר את הקשר לתאונות מטוסים ואיבוד הכרה.

במצב סטטי על פני כדור הארץ, קבוע עוצמת המשיכה של כדור הארץ נקרא g, ועלינו פועל כוח g יחיד. בחלל יש 0 כוחות g, על הירח 1/6g וכו'.

במטוסי קרב, לעומת מטוסים אזרחיים, יש את הצורך לחמוק ממטוסי אויב, ולכן למטוסים אלו יש היכולת לבצע פניות חדות. בפניה חדה במטוס, הטייס חשוף לכוחות מהסוג שתיארתי לעיל, אבל בעוצמה רבה מאוד. בזמן פניה חדה, הטייס למעשה הוא כמו אותו ליטר מים בדלי שמסתובב במהירות. כוח ההתמדה (או יותר נכון, הכוח הצנטריפוגלי) גורם לגוף הטייס להיות בעל משקל של פי כמה מאשר כוח הגרביטציה הרגיל של כדור הארץ גורם לו להיות, וכוח ה-g המופעל עליו יכול להגיע במקרים קיצוניים עד 6-7g, מה שאומר שאם המשקל של הטייס הוא 60 ק"ג, בתוך הפניה החדה במטוס משקלו יגיע ל-400 ק"ג.

תתארו לכם את המצב שבו אתם עוברים דירה מכדור הארץ אל כוכב גדול וכבד בהרבה, שבו משקלכם יהיה 400 ק"ג. אין מדובר בהשמנת יתר, אלא רק בכוח משיכה גדול בהרבה. מה יקרה? ובכן בתור התחלה אתם תיפלו על הרצפה ותתקשו להרים רגל, יד או אצבע, שלא לדבר על הראש או בכלל לעמוד זקוף. זה נכון גם בטיסות קרב, וגם בשיגור חלליות מכדור הארץ. בעוד שבשיגור חללית האסטרונאוטים חשופים לכוח g גדול מאוד (חללית צריכה להאיץ למהירות של 40,000 קמ"ש כדי לא ליפול בגלל כוח המשיכה של כדור הארץ), הם בסה"כ קשורים בשכיבה אל מיטה מיוחדת עם רגליים מורמות, שדואגת שגופם לא יצטרך להתמודד לבד עם הכוחות החזקים המופעלים עליו. אצל טייסי קרב המצב הוא כמובן שונה. כאן בא הקשר לכושר הגופני של הטייסים ולאפשרות לאיבוד הכרתם.

מי מכם שיודע, להטיס מטוס קרב הוא בעיקרו לא סיפור קשה מידי: בעיקר מהירות מחשבה, קבלת החלטות נכונות, משחק עם כמה ג'ויסטיקים ואנחנו עפים. אז למה טייסי הקרב צריכים להיות בכושר גופני א.א? בגלל כוחות ה-g.

לעומת אסטרונאוט, טייס קרב יושב במטוסו בשעה שגופו (בעת פניה חדה) שוקל כמה מאות ק"ג. במצב הזה, הדם הזורם בגופו של הטייס פשוט נופל אל הרגליים בכוח משיכה אדיר, ובמוח לא נשאר מספיק דם, וכך טייס מאבד את הכרתו. כ"כ מהר? כן. למרות שהמוח מהווה כ-2% ממשקלו של אדם, הוא צורך כ-20% מהחמצן שהאדם נושם – אשר מגיע אליו מהריאות דרך הדם. אם אין דם – אין חמצן. אם יש הפסקה של כמה שניות בצריכה האדירה הזו של חמצן, המוח עובר למצב "חסכון באנרגיה", הידוע בכינויו – איבוד הכרה (או עילפון, למרות שזה לא בדיוק אותו דבר).

טייסי קרב צריכים להיות בכושר מירבי כדי שזה לא יקרה להם, וחלק מהתרגילים שהם עוברים באימונים, זה כניסה למכונות המייצרות צנטריפוגה חזקה, כדי לדעת בכמה כוחות g מסוגל גופו של הטייס המיועד לעמוד. חלק מהאימונים המקדימים של הטייסים הם פיתוח מסיבי של שרירי הרגליים, וזאת בשביל לכווץ את השרירים ברגליים בזמן שכוח ה-g עולה. כיווץ של שרירי הרגליים בצורה חזקה, פשוט מכווץ את כלי הדם, כך שפחות דם יכול לזרום אל הרגליים בשעה שכוח g חזק מופעל על הגוף – מה שאומר שיותר דם נשאר בחלק העליון של הגוף, ובכללו גם המוח.

במטוסים חדישים ישנם מערכות המסוגלות להבין כי הטייס חסר הכרה והמטוס לוקח את הפיקוד בצורה אוטומטית. הדוגמא הפשוטה היא שצלילה מהירה למטה אחרי פניה חדה אומרת למחשב "קח פיקוד, הטייס ללא הכרה" והמטוס מתרומם בלי התערבות הטייס. כמובן גם כלי ניטור המחוברים אל גופו של הטייס יכולים לזהות מצבים של איבוד הכרה ולקחת ממנו את הפיקוד בצורה אוטומטית.

* אינני בא לטעון משהו על הסיבה שבגינה אסף צלל אל מותו ואינני מכיר את המטוס שבו אסף התרסק. אני לא מומחה לתאונות אויר ומעולם לא הייתי. הכתבה באה רק לתאר בקצרה את הקשר בין הטסת מטוס קרב לאיבוד הכרה. כל המידע הרשום לעיל נגיש לכולם באתרי מדע באינטרנט, אני רק ריכזתי ממנו קצת. הפעם היחידה שבה הייתי בתוך מטוס קרב הייתה בילדותי כשהצטלמתי במוזיאון.

שלח מאמר זה באימייל שלח מאמר זה באימייל
הדפס מאמר זה הדפס מאמר זה

3 תגובות ל“קצת על גרביטציה וכוח ההתמדה, ועל כושר של טייסי קרב”

  1. מאת akiva:

    תודה, העשרת לי את הידע… (עשיתי בגרות בפיזיקה אבל לא חשבתי על הקשר בין הדברים…)
    מה שקרה זו טרגדיה מחרידה, מישהו (נראה לי שמעון פרס) אמר שזו טרגדיה בסגנון תנכי והוא ממש צודק, מחריד.

  2. מאת lightpriest:

    אני מצטער, לא יכולתי שלא לשים לב, ואני נוטה שלא לתקן אנשים בד"כ. מה גם שזה לא הנושא העיקר של הפוסט :)

    אסטרונאוטים שנמצאים מחוץ לכדור הארץ "מרחפים" לא כי יש כוח כבידה אפסי, כוח הכבידה תמיד שם והוא ממש לא קרוב ל0. הם פשוט נמצאים כל הזמן בנפילה חופשית.
    לווינים שנמצאים במסלול מסביב לכדור הארץ צריכים תיקון כדי להישאר במסלול שמקיף את כדור הארץ כי גם הם, נופלים נפילה חופשית במסלול מעגלי.
    ומאותה סיבה לווינים נכנסים בחזרה לאטמוספירה כי נגמר להם הדלק/מתקלקלים והם לא יכולים להישאר "מחוץ" לאטמוספירה.

  3. מאת טל:

    בילבלת מעט בין המושגים "משקל" ו"מסה".
    ע"ע:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Weight
    הלינק למאמר באנגלית כיוון שלא ידעתי אם העברי יצא עם לינק עובד (אין פה תצוגה מקדימה).

השארת תגובה