Как вы взвешиваете вещи в условиях микрогравитации?

Для довольно точного измерения вы используете линейное ускорение тела с фиксированной силой (скажем, пружина тянется до тех пор, пока ее сила не достигнет номинального значения), а затем вы измеряете ее скорость при запуске.

Кинетическая энергия$E={{1}\over{2}}mv^2$будет равна потенциальной энергии «пусковой установки» (которую можно легко откалибровать, запустив объект известной массы и измерив его скорость с помощью той же сборки).

Теперь, зная энергию и измеримую скорость, мы можем вычислить массу:

Например, предположим, что стартовая сборка$5 kg$. Вы запускаете$5 kg$вытащите груз из сборки и измерьте расстояние, которое он проходит за 1 секунду. Это идет$10 m/s$;

это сила собрания.

Запускаем человека, и результат измерения$4 m/s$.

В принципе, вы можете использовать все эффекты, которые зависят от массы объекта. Пружинные маятники, немного магии с центробежными силами, угловыми моментами.....

Для определения массы, например, человеческого тела см . Устройство для измерения массы космического линейного ускорения .

У НАСА есть действительно классный веб-сайт, на котором можно найти интересные идеи и провести эксперимент, демонстрирующий вариант того, как это может работать: http://quest.nasa.gov/space/teachers/microgravity/4inert.html .

Быстрый поиск по сайтам космических агентств выдал вот это фото массоизмерителя ИМ-01М в российском сегменте орбиты:

Анатолий Иванищин проводит периодические взвешивания своего тела на приборе "Массомер". Кредиты: Роскосмос . Вероятный автор фото — Антон Шкаплеров .

Пегги Уитсон : Мы взвешиваемся с помощью устройства российского производства, которое называется системой измерения массы тела. Он рассчитывает инерцию, когда перемещает массу вперед и назад на калиброванной пружине. Это очень простая система, но, кажется, работает очень хорошо. После того, как калибруем пружину, залезаем на устройство и отпускаем пружину. Наша масса рассчитывается из инерционных сил на пружине.

Источник: http://spaceflight.nasa.gov/feedback/expert/answer/isscrew/expedition5/index.html .

Следуя ответу Охотника на оленей, показывающему русское устройство, мы можем заставить массу колебаться на пружине; это уравнение движения:

(со страницы гармонического осциллятора Википедии )

Это дает частоту:

Итак, если мы переместим массу из положения покоя, мы сможем измерить частоту ее колебаний за определенный период времени. Если мы тщательно откалибровали пружину и знаем жесткость пружины$k$с высокой точностью можно вычислить массу$m$.

Преимущества этого по сравнению с устройством линейного ускорения заключаются в его простоте, надежности и компактности; масса колеблется на месте, а не перемещается в пространстве, и вам нужно только измерить частоту, которую можно измерить по ряду колебаний. Для сравнения, устройство линейного ускорения требует знания задействованной силы, тщательного измерения скорости и однократного действия. На космической станции не так много места!

Вы можете использовать вращение, чтобы заставить весы баланса работать. Прикрепите взвешиваемый объект к одному концу стержня, прикрепленного к оси, а к другому — подвижный противовес. Только одно положение на стержне для противовеса позволит сбалансировать систему для любой заданной испытательной массы.

Ниже приводится только пример. Как уже сказал Эрнестофель, можно использовать любой эффект, зависящий от массы.

Чтобы измерить массу небольших твердых предметов, я помещал небольшую скользящую тележку между двумя пружинами с известными свойствами. Поместите массу в каретку, немного отклоните каретку и отпустите. Измерьте частоту колебаний.