Stav beztíže

Tento článek je o fyzikálním jevu. O seriálu pojednává článek Stav beztíže (seriál).

Stav beztíže je stav, během kterého na předmět nebo organismus nepůsobí tíha. Typickým je stav beztíže je pro libovolný předmět nacházející se ve volném pádu. Trvale se v tomto stavu nachází například mezinárodní vesmírná stanice.

Stephen Hawking během parabolického letu zažívá stav beztíže

Obecně se těleso ocitá ve stavu beztíže při každém pohybu, který vykonává se zrychlením odpovídajícím směru a velikosti gravitačního pole.

Dokonalý stav beztíže je de facto nerealizovatelný, lze se mu pouze přiblížit a používání tohoto termínu je často zavádějící. Srovnáním s pozemskými podmínkami (1 G) je používaným termínem "mikrogravitace" pro tíži v řádu μg (10⁻⁶ G), často nesprávně používaný pro jakýkoliv stav „snížené gravitace“ (<1 G až 10⁻⁶G)

Stav beztíže lze tak zažít při libovolném výskoku nebo pádu, s tou výhradou, že v pozemských podmínkách odpor vzduchu neumožňuje dodržet zrychlení odpovídající gravitaci. Volný pád v atmosféře tak přejde z počátečního stavu beztíže do stavu normální tíže během několika sekund, když odpor vzduchu naroste natolik, že se rychlost pádu už nezvyšuje. Skok na trampolíně do výše 1 m (na povrchu Země) umožní strávit ve stavu snížené tíže (rušeným jen odporem vzduchu) dobu 0,9 sekundy. Stav beztíže trvá po celou dobu, kdy se těleso (člověk) pohybuje pouze setrvačností, tedy i během výstupu. Pohyb nemusí být nutně svislý, těleso se může pohybovat i po parabolické dráze. Ve větším měřítku lze takový pohyb vykonat s letadlem. Pokud pilot letadla dokáže letět po parabolické dráze, a udržovat přitom rychlost, jako by letadlo letělo setrvačností ve vzduchoprázdnu, zažívá posádka stav beztíže. Tímto způsobem lze beztížný stav vytvořit na dobu přibližně 25 sekund.

Při pohybu po oběžné dráze planety jsou podmínky beztíže splněny trvale, s výjimkou nepatrných rušivých sil (zbytky atmosféry, tlak slunečního větru), které způsobují tzv. mikrogravitaci. Ve výšce 400 km nad Zemí, kde se pohybuje např. ISS, je gravitační pole slabší oproti povrchu Země jen o cca 11 %, přesto je rozšířena mylná představa, že beztížný stav je jakási vlastnost kosmického prostoru.

Vliv na zdraví

Beztížný stav po dlouhou dobu způsobuje dalekosáhlé fyziologické změny v živých organismech. Může být vlivněna například pohybová soustava, játra i zrak. Přibližně lze příznaky delšího pobytu v beztížném stavu přirovnat k problémům, kterými trpí pacienti probuzení z kómatu.^[1]

vliv na pohybovou a oběhovou soustavu

Typickým problémem je u kosmonautů ztráta svalové hmoty. Je způsobená především nízkou úrovní fyzického zatížení při práci a omezeným pohybem uvnitř kosmické lodi. Ze stejných důvodů dochází i k řídnutí kostí. Oba tyto vlivy však lze do značné míry potlačit pomocí intenzivního tělesného cvičení. Řídnutí kostí lze zabránit i pomocí vibrací (podobně jako tomu je u léčby osteoporózy).

Díky snížené zátěži páteře také kosmonauti po delším pobytu ve vesmíru zpravidla vyrostou do výšky.

vliv na smysly

U savců, tedy i u člověka se v rovnovážně-polohovém orgánu začnou volně pohybovat otolity, které na Zemi tlačí na smyslové buňky a tím udávají směr tíže. V beztížném stavu však otolity začnou dráždit smyslové buňky náhodně, což má za následek mořskou nemoc a pocity tupého tlaku v hlavě. Po určité době (několika hodinách až dnech) se však rovnovážně-polohový aparát adaptuje na stav beztíže a nepříjemné příznaky se ztratí.

Na vesmírné stanici se mohou u kosmonautů kvůli změnám krevního tlaku rozvinout poruchy zraku, kvůli nimž musí nezřídka začít nosit brýle. Obvykle se po návratu na Zemi zrak vrátí do původního stavu, ale v některých případech se problémy mohou udržet trvale.^[1]

další vlivy

Dlouhodobě se mohou projevit změny v expresi několika konkrétních genů, které mají důsledky například na ukládání tuku v těle, což může ve výsledku poškozovat játra a srdce.^[2] Dále bylo pozorováno snížení funkčnosti

Mezi trvalejší efekty patří redistribuce kapalin uvnitř těla. Redistribuce kapalin znamená, že krev se nahrne do horní poloviny těla, přičemž srdce je zvyklé, že ji musí pumpovat proti tíži. To u kosmonautů způsobuje zčervenání až opuchnutí tváří. V průběhu několika dní až týdnů se však cévy adaptují a objem krve se zmenší.^[3]

Nahrnutí krve do hlavy po delší dobu má za následek rýmu^[4], která přetrvává po celou dobu pobytu ve stavu beztíže.^[1]

Kvůli menšímu množství tření si na snížené mechanické namáhání zvyká i kůže. Po delším pobytu na mezinárodní vesmírné stanici bylo u kosmonautů pozorováno zjemnění kůže a její zvýšenou cistlivost na podráždění.^[1]