انعدام الوزن (بالإنجليزية: Weightlessness)‏ أوانعدام قوة جي هي الحالة التيقد يكون فيها نظام معين بدون تسارع، ناجم عن الجاذبية أوأي قوى أخرى لا يمكن قياسها بواسطة مراقب داخل النظام المعني. ويضم ذلك حالات السقوط الحر، كالحالات التيقد يكون فيها النظام بعيدا عن أي مصدر للجاذبية بحيث يمكن إهماله.

من الناحية التقنية، لاقد يكون الجسم في حالة انعدام الوزن عندماقد يكون في السقوط الحر إذا كان كبيرا بما فيه الكفاية، أوإذا كان مجال الجاذبية مكثفا بما فيه الكفاية وغير موحدة، بحيثقد يكون الجسم عرضة لقوى أعطى وجزر هامة.

يمكن أيضا في بعض الأحيانا استعمال مصطلح "الجاذبية الصغرى" لوصف حالة انعدام الوزن. لا ينبغي حتى نتحدث عن الجاذبية الصغرى، سوى في حالة وضعيات بعيدة جدا عن الأرض، وأي نجم آخر يولد مجالا جاذبا، أوأيضا في نقاط لاغرانج حيث تكون حقول الجاذبية التي "تلغي بعضها البعض"، بين الأرض والقمر على سبيل المثال.

السبب

لا تنتج حالة انعدام الوزن بسبب بعد الأرض أوأي جسم سماوي جاذب آخر: على سبيل المثال التسارع الناجم عن الجاذبية على ازدياد 100 كم هوأقل بنسبة ثلاثة في المائة فقط من ذلك الذي على سطح الأرض. يمكن الشعور بانعدام الوزن عندماقد يكون التسارع مساويا للجاذبية، وهذا يعطي أيضا حالة يقرب فيها حقل الجاذبية من الصفر.

مقدار القوة التي تؤثر بها الأرض على الجسم هي وزنه العملي، في حين حتى قياس الوزن فإن الميزان يقرأ الوزن الظاهري، الذي نشعر به (قوة رد عمل السطح الذي يوجد عليه الجسم). في العادةقد يكون الشعور بالوزن وليس قوة الانجداب التي تمارسها الأرض (أوأي نجم آخر) علينا. يحدث الاختلاف بين الوزن العملي والوزن الظاهري عندماقد يكون الجسم في حالة تسارع رأسي إما إلى الأعلى أوإلى الأسفل وما يؤكد ذلك هوتجربة قياس الوزن داخل المصعد في حالات مختلفة. إلى غير ذلك، يمكن الشعور بانعدام الوزن على سبيل المثال عندما نكون في سقوط الحر، أوفي مدار حر حول الأرض (حالة رواد الفضاء). وذلك لأن رواد الفضاء والمقصورة الخاصة بهم قريبون جدا من بعضها البعض، حيث يسقون جميعهم بنفس التسارع.

افترض ألبرت أينشتاين وجود تكافؤ كلي بين السقوط الحر وانعدام الجاذبية: لا يمكن لأي تجربة فيزيائية أومقياس التفريق بين حالة سقوط حر وحالة انعدام الجاذبية. هذا هومبدأ التكافؤ في  نظرية النسبية العامة. ويكون هذا التكافؤ محليا فقط، بالنسبة للأشياء المتمركزة. انطلاقا من جسم ذي نطاق معين، يمكن قياس قوى المد والجزر التي تمارس ضغوطا على هذا الجسم في مجال جاذبية غير منتظم (عادة مجال الجاذبية حول كوكب حيث تكون متجهات القوة موجهة إلى مركز الكوكب، وبالتالي فهي ليست متوازية). في هذه الحالة، لا يمكن التحدث بدقة عن حالة انعدام الوزن، هذه القوى غالبا ما تكون ضئيلة نظرا لضعف حقول الجاذبية وصغر الأجسام أمام مصدر الجاذبية.

يمكن حتى ملاحظة وضع مشابه لانعدام الوزن عندما تكون آثار مبدأ أرخميدس معارضة للجاذبية. يستغل هذا النوع من التكافئ، على سبيل المثال، لتدريب رواد الفضاء على المناورة في الفضاء. يتم ذلك في حوض سباحة، يتم فيه تسخير زخم أرخميدس لابقاء رواد الفضاء في وضع معلق. مع ذلك، وعلى عكس قوى الجاذبية أوالتسارع، فإن قوة أرخميدس لا تعمل على الأذن الداخلية، التي تسيطر على التوازن. لذلك، فإن تدريب رواد الفضاء يتم بشكل متواصل في حوض سباحة، على وجه التحديد، ليتمكنومن التمييز بين الأعلى والأسفل، الأمر الذي لايوجد في الفضاء.

بيئات انعدام الوزن

تأثير انعدام الوزن في طائرات مسار البتر المكافئ

استخدمت الطائرات على وجه التحديد منذ سنة 1959، بغرض خلق بيئة انعدام الوزن لتدريب رواد الفضاء، وإجراء البحوث، بالإضافة لتصوير الأفلام، وذلك لانهاها مضمونة وأقل تكلفة. في العادة يطلق على هذه الطائرات اسم "Vomit Comet" وهي طائرات تعتمد في تحليقها على مناورات تأخذ شكل مسار البتر المكافئ.

لخلق بيئة انعدام الوزن بداخل الطائرة، تقوم هذه الأخيرة بعدة مناورات في الجومتبعة مسارات بتر مكافئ، فبعد قيامها بطيران أفقي ثابت تقوم الطائرة عند ازدياد يبلغ حواليسبعة كيلومترات بالصعود بسرعة عالية وبميلان يعادل 45 درجة؛ تستمر هذه الفترة لمدة تقترب من 20 ثانية يمر خلالها الركاب بتسارع رأسي يساوي 1.8 جي، الشئ الذي يجعلهم يشعرون بأن أوزانهم قد تضاعفت، ثم يتم تخفيض الدفع للحد الذي يعادل فيه قوة مقاومة المائع (الهواء)، ليصبح حاصل مجموع القوى المؤثرة على الطائرة في الاتجاه الموازي لسطح الأرض صفرا.

تقترب قوة الحمل من الصفر تقريبا مما يجعل الطائرة في حالة سقوط حر تحت تأثير الجاذبية فقط، متخذة مسار جسم مقذوف. تستمر هذه الفترة لمدة تتراوح ما بين 15 و20 ثانية يختبر خلالها ركاب الطائرة حالة انعدام الوزن. في الفترة الثالثة والأخيرة يتم زيادة سرعة الطائرة وهي في حالة انحدار (30 درجة نحوالأرض) للخروج من حالة السقوط الحر فتصبح الطائرة تحت تأثير عجلة تساوي 1.8 جي لمدة 20 ثانية؛ بعدها تعود الطائرة من حديث للطيران الأفقي أويتم إعادة التجربة مرة أخرى.

تأثير انعدام الوزن في الفضاء

على الانسان

التواجد على متن محطات فضائية، في ظل انعدام الوزن قد يجلب معه بعض الآثار الضارة بالنسبة لصحة الإنسان.

على مدى سنوات من التطور، تكيف البشر بشكل جيدا مع الظروف المادية على سطح الأرض. وبشكل طبيعي تعتبر حالة انعدام الوزن ظرفا دخيلا وغير عادي بالنسبة لجسم الإنسان، إذ وبعد قضاء فترة طويلة في ظروف انعدام الوزن، تبدأ مختلف النظم الفسيولوجية على مستوى الجسم في التغيير والضمور. بالرغم من حتى هذه التغييرات تكون عادة مؤقتة، إلا أنه يمكنها التسبب في حدوث مشاكل صحية على المدى الطويل.

المشكلة الأكثر شيوعا التي يقابلها البشر خلال الساعات الأولى من انعدام الوزن، تعهد باسم متلازمة التأقلم في الفضاء (SAS)، ويشار إليها عادة باسم "سقم الفضاء". وتضم أعراض هذا الأخير كلا من الغثيان والقيء، الدوار، الصداع، الخمول، والشعور العام بالضيق. ذكرت أول حالة من متلازمة التأقلم في الفضاء من قبل رائد الفضاء غيرمان تيتوف في سنة 1961. ومنذ ذلك الحين، ظهرت أعراض هذا السقم عند حوالي 45 في المائة من جميع البشر الذين رحلوا الفضاء. تختلف المدة التي تفصل بين ظهور أعراض المتلازمة وتكيف الجسم مع بيئة الفضاء الجديد، لكن في المعدل يمكن حتى تستمر إلى أكثر من 72 ساعة.

تضم أبرز الآثار الجانبية لحالة انعدام الوزن على المدى الطويل ضمور العضلات وتدهورا الهيكل العظمي. يمكن التقليل من هذه الآثار إلى أدنى حد بواسطة اتباع نظام خاص يقوم على ممارسة تمرين رياضي لتدريب العضلات مثل تمارين الدراجة. يرتدى رواد الفضاء المعرضون لفترات طويلة لانعدام الوزن، سراويل خاصة تتضمن عصابات مرنة بين الخصر والمعصمين تعمل على ضغط عظام الساق وتقليل نسبة الإصابة بهشاشة العظام. بالإضافة إلى ذلك يمكن حتى تضم الآثار الهامة الأخرى إعادة توزيع السوائل (مما يتسبب في ظهور ما يعهد بحالة "وجه القمر")، تباطؤ تدفق الدم إلى نظام القلب والأوعية الدموية، انخفاض إنتاج كريات الدم الحمراء، اضطرابات التوازن وضعف الجهاز المناعي. مع أعراض اخرى بسب أقل تتمثل في فقدان كتلة الجسم، احتقان الأنف، اضطرابات النوم، امتلاء البطن بالغازات وتورم في الوجه.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن حتى يعاني رواد الفضاء خلال بعثات الفضاء الطويلة مشاكل خطيرة في الرؤية. يمكن حتى تشكل مصدر قلق كبير لبعثات الفضاء الطويلة الأمد، بما فيها رحلة الفضاء المأهولة المبرمجة إلى سطح المريخ. التعرض لمستويات عالية من الإشعاع يمكن له هوالآخر التأثير على تطور تصلب الشرايين.

في 31 ديسمبر 2012، ذكرت إحدى الدراسات التي تدعمها وكالة ناسا حتى الرحلات المأهولة يمكن حتى تتسبب فب تضرر أدمغة رواد الفضاء وتسريع ظهور سقم آلزهايمر.

على غير البشر

لاحظ فهماء روس وجود اختلافات بين الصراصير التي تنتشر في الفضاء ونظيراتها على الأرض. بعد ان اصطحبوها معهم بغرض إجراء تجارب عليها، بدأت هذه الصراصير بشكل غير متسقط بالنموبسرعة، ثم اصبحت أسرع وأقوى.

كشفت تجربة أجريت في مكوك فضائي سنة 2006 حتى سالمونيلا التيفيموريوم (Salmonella typhimurium)، وهي بكتيريا يمكنها التسبب في التسمم الغذائي أصبحت أكثر فتكا بعدما تم غرسها في الفضاء.

في 29 أبريل 2013، أفاد فهماء من معهد البوليتكنيك في رينسيلار بتمويل من وكالة ناسا، أنه أثناء الرحلات الفضائية على متن محطة الفضاء الدولية، بدى حتى الميكروبات تتكيف مع البيئة الفضائية بطرق "لم تتم ملاحظتها على الأرض" وبطرق "يمكن حتى تؤدي إلى زيادة في نموها وحدتها".

في ظل ظروف اختبار معينة، لوحظ حتى الميكروبات تزدهر في شبه حالة انعدام الوزن بالفضاء وتبقى على قيد الحياة في فراغ الفضاء الخارجي.

انظر أيضا

• جاذبية اصطناعية
• سقوط حر
• متلازمة التأقلم في الفضاء

مراجع

انعدام الوزن في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز