Painomittari painottomuudessa

Kehon massamittari painottomuudessa (BMI, IM, massmeter) - laite ruumiinpainon ja pienten massojen mittaamiseen painottomuudessa [1] .

Haaste

Avaruuslentojen keston pidentyessä lääkärit nostivat esiin kysymyksen astronautien painon tarkkailun tarpeesta [2] .

Siirtyminen toiseen elinympäristöön johtaa varmasti kehon uudelleenjärjestelyyn, mukaan lukien nestevirtojen uudelleenjakautuminen siinä [2] .

Painottomuudessa verenvirtaus muuttuu - alaraajoista merkittävä osa siitä virtaa rintakehään ja päähän [2] .

Kehon kuivumisprosessi stimuloituu ja henkilö laihtuu [2] .

Kuitenkin jopa viidennes vedestä, joka ihmisellä on 60-65 %, menetys on erittäin vaarallista elimistölle [2] .

Siksi lääkärit tarvitsivat luotettavan laitteen astronautien ruumiinpainon jatkuvaan seurantaan lennon aikana ja valmistautuessaan palaamaan Maahan [2] .

Tavalliset "maanvaa'at" määrittävät kehon massan tai painon maan vetovoiman vaikutuksesta ja määrittävät painovoiman , jolla se painaa laitetta [2] .

Painottomuudessa tällaista periaatetta ei voida hyväksyä - sekä pölyhiukkasella että säiliöllä, jossa on kuorma, eri massat, on sama - nollapaino [2] .

Luodessaan kehon massamittaria nollapainovoimalla insinöörien oli käytettävä erilaista periaatetta [2] .

Massamittarin toimintaperiaate

Painottomuuden ruumiinmassamittari on rakennettu harmonisen oskillaattorin kaavion mukaan .

Kuten tiedät, jousen kuorman vapaan värähtelyn jakso riippuu sen massasta [2] . Siten oskillaattorijärjestelmä laskee uudelleen tietyn alustan värähtelyjakson, kun sille on asetettu astronautti tai jokin esine [1] .

Kappale, jonka massa mitataan, on kiinnitetty jouseen siten, että se voi värähdellä vapaasti jousen akselia pitkin.

Näiden värähtelyjen jakso suhteutetaan kehon painoon suhteella:

jossa K on jousen kimmokerroin.

Siten tietäen ja mittaamalla voimme löytää .

Kaavasta voidaan nähdä, että värähtelyjakso ei riipu amplitudista eikä painovoimakiihtyvyydestä.

Laite

"Tuolilta" näyttävä laite koostuu neljästä osasta: alustasta astronautin sijoittamiseen (yläosa), alustasta, joka on kiinnitetty aseman "lattiaan" (alaosa), telineestä ja mekaanisesta keskiosasta. , ja elektroninen yksikkö lukemien mittaamiseen [3] .

Instrumentin koko: 79,8 x 72 x 31,8 cm [3] . Materiaali: alumiini, kumi, orgaaninen lasi [3] . Laitteen paino on noin 11 kilogrammaa [2] .

Laitteen yläosa, jolla astronautti makaa rintakehän kanssa, koostuu kolmesta osasta [3] . Suorakaiteen muotoinen pleksilasi [3] on kiinnitetty ylätasolle . Astronautin leukatuki ulottuu alustan päästä metallitankoon [3] .

Laitteen alaosa on hevosenkengän muotoinen alusta, johon on kiinnitetty laitteen mekaaninen osa ja mittauslohko [3] .

Mekaaninen osa koostuu pystysuorasta sylinterimäisestä telineestä, jota pitkin toinen sylinteri liikkuu ulos laakereiden varassa [3] . Liikkuvan sylinterin ulkopuolella on kaksi pysäyttimillä varustettua vauhtipyörää liikkuvan järjestelmän kiinnittämiseksi keskiasentoon [3] .

Ylhäältä liikkuvan sylinterin päähän on kiinnitetty kahden putkimaisen kannakkeen avulla muotoiltu alusta astronautin vartalolle, joka määrittää hänen massansa [3] .

Liikkuvan sylinterin alaosaan on kiinnitetty kaksi kädensijaa, joiden päissä on liipaisimet, joiden avulla liikkuvan järjestelmän tulpat upotetaan kahvoihin [3] .

Alaosassa, ulkosylinterissä, on astronautin jalkatuki, jossa on kaksi kumikorkkia [3] .

Metallitanko liikkuu sylinterimäisen telineen sisällä, joka on tiivistetty toisesta päästä ylempään alustaan; tangon vastakkaiseen päähän on asennettu levy, jonka molemmille puolille on kiinnitetty kaksi jousta, jotka asettavat laitteen liikkuvan järjestelmän keskiasentoon nollapainossa [3] . Telineen pohjaan on kiinnitetty magnetosähköinen anturi, joka määrittää liikkuvan järjestelmän värähtelyjakson [3] .

Anturi ottaa automaattisesti huomioon värähtelyjakson keston sekunnin tuhannesosan tarkkuudella [2] .

Kuten yllä on esitetty, "tuolin" värähtelytaajuus riippuu kuorman massasta. Niinpä astronautille riittää, että heilahtelee vähän sellaisessa keinussa, ja hetken kuluttua elektroniikka laskee ja antaa mittaustuloksen.

Astronautin ruumiinpainon mittaamiseen kuluu 30 sekuntia [2] .

Myöhemmin kävi ilmi, että "kosmiset asteikot" ovat paljon tarkempia kuin jokapäiväisessä elämässä käytettävät lääketieteelliset [2] .

Valentin Lebedev kuvailee punnitusmenettelyä kirjassa The Cosmonaut's Diary (1982) seuraavasti [4] :

Tämä on ensimmäinen kerta, kun minun on punnittava itseni avaruudessa. On selvää, että perinteiset vaa'at eivät voi toimia täällä, koska painoa ei ole. Vaakamme, toisin kuin maalliset, ovat epätavallisia, ne toimivat eri periaatteella ja edustavat jousien värähtelevää alustaa.

Ennen punnitsemista lasken alustan puristaen jousia kiinnikkeisiin, makaan sen päälle, tiukasti pintaa vasten ja kiinnitän itseni, ryhmittelen vartalon niin, että se ei roikku, puristan lavan profiilin paikastani. jalat ja kädet. painan alas. Pieni painallus ja tunnen tärinää. Niiden taajuus näytetään indikaattorissa digitaalisena koodina. Luen sen arvon, vähennän lavan tärinätaajuuskoodin, mitattuna ilman henkilöä, ja määritän painoni taulukosta. Siitä tuli 74 kg.

Historia

Laite astronautin ruumiinpainon mittaamiseksi luotiin viimeistään vuonna 1976 Leningradin erityissuunnittelu- ja teknologiatoimistossa " Biofizpribor " ( SKTB "Biofizpribor") [3] .

Ensimmäinen massamittari asennettiin Salyut-5- kiertoradalle [2] [3] .

Kosmonautit Boris Volynov ja Vitaly Zholobov [2] [3] tulivat ensimmäisiksi laitteen testaajiksi todellisen painottomuuden olosuhteissa .

Ensimmäisten testien aikana kävi ilmi, että Volynovin ja Zholobovin paino asemalla osui samaan aikaan, vaikka ennen lentoa ero oli lähes kymmenen kiloa [2] . Tehtäväohjaus ehdotti, että tämä oli "kosmisen mittakaavan" virhe [2] . Insinöörit kuitenkin huomasivat, että laitteen käyttöohje ei ollut kovin selkeä [2] . Kun astronautit käyttivät hyväkseen Salyutille lähetettyjä selityksiä, laite alkoi näyttää tuloksia tarkemmin kuin tavalliset maalliset vaa'at [2] .

SKTB:n "Biophyspribor" kehittämä massamittari toimi useiden vuosien ajan painottomuudessa kiertorata-asemilla " Salyut " ja " Mir " [3] [1] .

Massamittarin päivitetty versio on toimitettu kansainväliselle avaruusasemalle [1] .

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 PAINOMITTARI PAINOSSA "IM-01M" . SKTB "Biophyspribor". Haettu 17. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 4. kesäkuuta 2016.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Gerasimov V. Vaa'at painottomuuteen // Pravda  : sanomalehti. - 1981 - 19. tammikuuta.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Laite ruumiinpainon (BMI) mittaamiseen . Venäjän kulttuuriperinnön portaali. Haettu 17. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 30. syyskuuta 2016.
  4. ↑ Valentin Lebedev . 11. kesäkuuta 1982 . Astronautin päiväkirja (11. kesäkuuta 1982).

Linkit