Чому в астронавта Олдріна тремтіли коліна
Зізнаюся чесно, особисто я на Місяці не був. Але зовсім не обов'язково туди літати, щоб дещо про неї дізнатися – часом достатньо шкільного курсу фізики. Наприклад, чи легко бігати Місяцем? Відповідь проста: легко. Але ж він у деталях, здатних зруйнувати будь-яку, найправдоподібну легенду.
Ніл Армстронг біля американського прапора (архів НАСА)
Першу частину "хрестоматійної" фрази Армстронга - маленький крок для людини і величезний стрибок для людства - слід сприймати буквально. Тому що крок справді маленький. А астронавтам, які з останніх сил зображують на знаменитих кінокадрах «місячну невимушеність», чомусь дуже важко. Але ж вони знаходяться там, де їхня вага має бути вшість разів меншою, ніж тут, за тієї ж сили м'язів. Припустимо, астронавт Олдрін у скафандрі (близько 11 кГс) та з ранцем життєзабезпечення (45 кГс) важить на Землі 161 кГс, а на Місяці – 27 кГс. Згадаймо школу і трохи порахуємо.
При ходьбі та бігу ми відриваємося від поверхні на якусь висоту h. Енергія подібного кидка дорівнює нашій вазі, помноженій на цю висоту. На Місяці наша вага зменшиться в 6 разів, отже, при тому звичному зусиллі ноги винесуть нас на висоту h, в 6 разів більшу, ніж на Землі. З висоти h нас повертає на землю сила її тяжіння за час t, що розраховується за формулою
, де: g - прискорення вільного падіння, що дорівнює Землі 9,8 м/сек2, але в Місяці - 1,6 м/сек2. На землю ми опустимося за час
.
Припустимо, що Олдрін вдома, в негліжі під час ходьби без напруги, підкидає своє тіло на 0,1 м над землею, тоді в повітрі він знаходиться 0,14 сек.
На Місяці в скафандрі і з ранцем він має масу, в 1,5 рази більшу, ніж на Землі, отже, івисота його підйому над поверхнею Місяця буде не в 6, а в 6: 1,5 = 4 рази більшу, ніж у рідних пенатах. З цієї висоти він опуститься на поверхню за 0,71 сек.
Сила м'язів ноги надає енергії і горизонтальної складової ходьби чи бігу, ця енергія дорівнює половині добутку маси на квадрат швидкості. При тих же витратах м'язової енергії збільшення маси одягненого в скафандр Олдріна в 1,5 раза викличе зменшення швидкості його руху над поверхнею Місяця в 1,22 рази (опір повітря нехтуємо) порівняно з тим самим Олдріном в домашніх умовах. (Мені здається сумнівним, щоб на око було помітно таке зменшення швидкості, боюся, що навскідку я не зможу визначити, чи йде людина зі швидкістю 5 км/година або 4,1 км/година, їде автомобіль зі швидкістю 10 км/година або 8 км /година.)
Базз Олдрін (архів НАСА)
Припустимо, Землі Олдрін робить за розраховані нами 0,14 сек. крок довжиною в 0,9 м. На Місяці в скафандрі його швидкість зменшиться в 1,22 рази, але час до опускання на поверхню зросте в 0,71/0,14 = 5,1 раза, отже ширина кроку Олдріна збільшиться в 5 1/1,22 = 4,2 рази, або до 0,9 х 4,2 = 3,8 м. Скафандр ускладнює рух, і, припустимо, з цієї причини його крок зменшиться на 0,5 м на Землі. На Місяці він теж зменшиться на цю відстань і складе 3,8 - 0,5 = 3,3 м. Отже, на Місяці в скафандрі швидкість кроку руху астронавтів над поверхнею повинна бути трохи повільнішою, ніж на Землі, але висота підйому кожного кроку повинна бути в 4 рази вищою, ніж на Землі, а ширина кроку – в 4 рази ширша.
Рух астронавта Олдріна, стоп-кадри (архів НАСА)
У фільмі астронавти намагаються «вирватися», але висота їх стрибків і ширина кроків відчутно менша порівняно із земними. Це не дивно ізаконам фізики не суперечить лише тому випадку, якщо зйомки відбувалися десь у Голлівуді. Спробуйте зображати надзвичайну легкість тіла у скафандрі (хто бігав у армійському бронежилеті, мене зрозуміє). І ніяке сповільнене відтворення «історичних кадрів» цей тягар приховати не може. Астронавти пересуваються немов мамонти, з-під «лап» вилітають кілограми піску, вони ледве піднімають ноги, а шкарпетки весь час гребуть поверхнею. Але повільно.
Спуск на поверхню Місяця астронавта Олдріна (архів НАСА)
Розберемо наступний епізод. Олдрін з жартами та примовками зістрибує з останньої сходинки модуля на Місяць. Висота близько 0,8 м-коду, він руками дотримується за сходи. Оскільки його вага в скафандрі 27 кг, тобто вчетверо легше, ніж будь він в одних трусах на Землі, то для його тренованих м'язів цей стрибок рівносильний земному зістрибуванню з однієї сходинки. Нехай кожен із вас «подолає» таку «величезну» висоту, навіть не дотримуючись за перила, і оцінить свій стан. Нічого страшного, правда? А ось Олдріну мало не здалося. Він повільно опустився на поверхню, потім у нього почали підгинатися коліна, астронавт «переломився» в попереку, тобто настільки важко вдарився при «прилунінні», що й треновані м'язи не втримали тіло, «взуте» у скафандр у вертикальному положенні.