Почему космонавты на орбите не застревают в «потолке»?

По определению орбита возникает, когда гравитация уравновешивается «центробежной» силой. По сути, это ситуация свободного падения .

Так что ответ — та же самая причина, по которой вы не застреваете в потолке свободно падающего лифта. И космический корабль, и пассажиры движутся синхронно .

На самом деле астронавт мог свободно парить только в центре космической станции. В другом месте он будет слегка придерживаться той стороны, которая ближе к Земле, чем середина, или дальше от Земли, чем середина. Причина в приливной силе Земли, которая будет очень маленькой, но, вероятно, обнаружимой. Если ускорение свободного падения равно$g = GM/r^2$, то приливное ускорение будет производной от него, а именно$dg/dr = -2GM/r^3$. поэтому максимальное приливное ускорение, которое космонавт почувствует на расстоянии$D/2$от центра космической станции, где$D$- линейный размер космической станции, будет$GMD/r^3$. Это в основном равно$gD/r$. Приведем некоторые типичные цифры: космонавт весом 100 кг на космической станции размером$D = 10 m$, и$r = 6500 km$, получим максимальную приливную силу около$150$миллиграмм веса!

Ситуация, конечно, была бы совершенно иной на орбите вокруг нейтронной звезды, где астронавт свободно плавал бы в центре (очень прочной) космической станции, но был бы раздавлен до неузнаваемости, если бы отважился уйти от центра, как это было упоминается в различных научно-фантастических рассказах. Причина в том, что$M/r^3$было бы о$10^{14}$раз больше, чем за один оборот вокруг Земли.

Шаттл (или МКС для лучшего примера, поскольку Шаттл больше не летает) не вращается с большой скоростью... он вращается примерно каждые 90 минут, один раз за каждый оборот. Эффект есть, но очень маленький.

Его движение вокруг Земли не производит такого эффекта, потому что, как вы догадались, он и все, что в нем находится, находится в свободном падении вокруг Земли и почти в равной степени подвержено влиянию земного притяжения (очень небольшие различия из-за разных расстояний от Земли действительно производят приливные силы).