Ruch swobodnie spadającego ciała. Jak obliczyć współczynnik upadku

Swobodny spadek ciała to jego ruch jednostajnie zmienny, zachodzący pod wpływem siły ciężkości. W tym momencie inne siły, które mogą działać na ciało, są albo nieobecne, albo tak małe, że ich wpływ nie jest brany pod uwagę. Na przykład, gdy skoczek spadochronowy skacze z samolotu, przez pierwsze kilka sekund po skoku spada w stanie swobodnym. Ten krótki okres czasu charakteryzuje się uczuciem nieważkości, podobnym do tego, jakiego doświadczają astronauci na pokładzie statku kosmicznego.

Historia odkrycia zjawiska

O swobodnym spadku ciała naukowcy dowiedzieli się już w średniowieczu: Albert z Saksonii i Mikołaj Orem badali to zjawisko, ale niektóre z ich wniosków były błędne. Argumentowali na przykład, że prędkość spadającego ciężkiego przedmiotu wzrasta wprost proporcjonalnie do przebytej odległości. W 1545 roku hiszpański uczony D. Soto poprawił ten błąd, stwierdzając, że prędkość spadającego ciała wzrasta proporcjonalnie do czasu, jaki upływa od początku upadku tego obiektu.

W 1590 r. włoski fizyk Galileo Galilei sformułował prawo ustalające wyraźną zależność drogi przebytej przez spadający przedmiot od czasu. Naukowcy udowodnili także, że przy braku oporu powietrza wszystkie obiekty na Ziemi spadają z tym samym przyspieszeniem, choć przed jego odkryciem powszechnie przyjmowano, że ciężkie obiekty spadają szybciej.

Odkryto nową wartość - przyśpieszenie grawitacyjne, który składa się z dwóch elementów: przyspieszenia grawitacyjnego i odśrodkowego. Przyspieszenie grawitacyjne jest oznaczone literą g i ma różną wartość dla różnych punktów na kuli ziemskiej: od 9,78 m / s 2 (wskaźnik równika) do 9,83 m / s 2 (wartość przyspieszenia na biegunach). Na dokładność wskaźników wpływa długość i szerokość geograficzna, pora dnia i kilka innych czynników.

Przyjmuje się, że standardowa wartość g wynosi 9,80665 m/s 2 . W obliczeniach fizycznych, które nie wymagają dużej dokładności, wartość przyspieszenia przyjmuje się jako 9,81 m / s 2. Aby ułatwić obliczenia, można przyjąć wartość g równą 10 m / s 2.

Aby wykazać, jak obiekt spada zgodnie z odkryciem Galileusza, naukowcy przeprowadzają taki eksperyment: w długiej szklanej rurce umieszcza się przedmioty o różnych masach, z rurki wypompowuje się powietrze. Następnie rura zostaje odwrócona, wszystkie obiekty pod wpływem grawitacji spadają jednocześnie na dno rury, niezależnie od ich masy.

Kiedy te same przedmioty zostaną umieszczone w dowolnym ośrodku, wraz z siłą grawitacji, działa na nie siła oporu, w związku z czym obiekty, w zależności od ich masy, kształtu i gęstości, będą spadać w różnym czasie.

Wzory do obliczeń

Istnieją wzory, za pomocą których można obliczyć różne wskaźniki związane ze swobodnym spadkiem. Używają takich konwencje:

u jest końcową prędkością, z jaką porusza się badane ciało, m/s;
h jest wysokością, z której porusza się badane ciało, m;
t - czas ruchu badanego ciała, s;
g - przyspieszenie (wartość stała równa 9,8 m / s 2).

Wzór na obliczenie drogi przebytej przez spadający obiekt przy znanej prędkości końcowej i czasie spadania: h = ut /2.

Wzór na obliczenie drogi przebytej przez spadający przedmiot ze stałej wartości g i czasu: h = gt 2 /2.

Wzór na określenie prędkości spadającego obiektu na końcu upadku przy znanym czasie spadania: u = gt.

Wzór na obliczenie prędkości obiektu na końcu upadku, jeśli znana jest wysokość, z której spada badany obiekt: u = √2 gh.

Jeśli nie zagłębisz się w wiedzę naukową, codzienna definicja swobodnego ruchu implikuje ruch ciała w atmosferze ziemskiej, na który nie wpływają żadne czynniki zewnętrzne, z wyjątkiem oporu otaczającego powietrza i grawitacji.

W różnych momentach wolontariusze rywalizują ze sobą, próbując ustanowić osobisty rekord. W 1962 roku spadochroniarz testowy z ZSRR Jewgienij Andriejew ustanowił rekord, który został wpisany do Księgi Rekordów Guinnessa: podczas skoku spadochronowego w swobodnym spadku pokonał odległość 24 500 m, podczas skoku nie użyto spadochronu hamującego .

W 1960 roku Amerykanin D. Kittinger wykonał skok ze spadochronem z wysokości 31 tysięcy metrów, ale korzystając z instalacji hamulca spadochronowego.

W 2005 roku zanotowano rekordową prędkość swobodnego spadania – 553 km/h, a siedem lat później ustanowiono nowy rekord – prędkość tę zwiększono do 1342 km/h. Rekord ten należy do austriackiego skoczka spadochronowego Felixa Baumgartnera, znanego na całym świecie ze swoich niebezpiecznych akrobacji.

Wideo

Obejrzyj ciekawy i pouczający film, który opowie Ci o prędkości spadających ciał.

Swobodny spadek to ruch ciał tylko pod wpływem przyciągania Ziemi (pod wpływem grawitacji)

W warunkach ziemskich upadek ciał uważa się za warunkowo bezpłatny, ponieważ Kiedy ciało spada w powietrzu, zawsze występuje siła oporu powietrza.

Idealny spadek swobodny możliwy jest tylko w próżni, gdzie nie ma siły oporu powietrza i niezależnie od masy, gęstości i kształtu wszystkie ciała spadają równie szybko, czyli w każdym momencie ciała mają te same prędkości chwilowe i przyspieszenia.

Idealny swobodny spadek ciał w rurce Newtona można zaobserwować, jeśli wypompuje się z niej powietrze za pomocą pompy.

W dalszym rozumowaniu i rozwiązywaniu problemów pomijamy siłę tarcia o powietrze i uważamy, że upadek ciał w warunkach ziemskich jest idealnie swobodny.

PRZYŚPIESZENIE GRAWITACYJNE

Podczas swobodnego spadania wszystkie ciała znajdujące się w pobliżu powierzchni Ziemi, niezależnie od ich masy, uzyskują to samo przyspieszenie, zwane przyspieszeniem swobodnego spadania.
Symbolem przyspieszenia swobodnego spadania jest g.

Przyspieszenie swobodnego spadania na Ziemi jest w przybliżeniu równe:
g = 9,81 m/s2.

Przyspieszenie swobodnego spadania jest zawsze skierowane w stronę środka Ziemi.

W pobliżu powierzchni Ziemi wielkość siły grawitacji uważa się za stałą, dlatego swobodny spadek ciała to ruch ciała pod działaniem stałej siły. Zatem swobodny spadek jest ruchem jednostajnie przyspieszonym.

Wektor grawitacji i wywołane przez niego przyspieszenie swobodnego spadania są zawsze skierowane w ten sam sposób.

Wszystkie wzory na ruch jednostajnie przyspieszony mają zastosowanie do swobodnego spadku ciał.

Wartość prędkości swobodnego spadania ciała w dowolnym momencie:

ruch ciała:

W tym przypadku zamiast przyspieszać A, przyspieszenie swobodnego spadania wprowadza się do wzorów na ruch jednostajnie przyspieszony G=9,8 m/s2.

W warunkach idealnego upadku ciała spadające z tej samej wysokości docierają do powierzchni Ziemi, mając te same prędkości i spędzając ten sam czas na spadaniu.

W idealnym swobodnym spadku ciało powraca na Ziemię z prędkością równą początkowemu modułowi prędkości.

Czas opadania ciała równy jest czasowi ruchu w górę od chwili rzutu do całkowitego zatrzymania się w najwyższym punkcie lotu.

Tylko na biegunach Ziemi ciała spadają ściśle pionowo. We wszystkich innych punktach planety trajektoria swobodnie spadającego ciała odchyla się na wschód z powodu siły Cariolisa powstającej w układach wirujących (tj. Wpływ obrotu Ziemi wokół własnej osi).

CZY WIESZ

CZYM JEST UPADEK CIAŁ W RZECZYWISTYCH WARUNKACH?

Jeśli pistolet zostanie wystrzelony pionowo w górę, wówczas, biorąc pod uwagę siłę tarcia o powietrze, kula swobodnie spadająca z dowolnej wysokości osiągnie przy ziemi prędkość nie większą niż 40 m / s.

W warunkach rzeczywistych, na skutek obecności siły tarcia w powietrzu, energia mechaniczna ciała ulega częściowej przemianie w energię cieplną. W rezultacie maksymalna wysokość uniesienia ciała okazuje się mniejsza niż mogłaby być podczas poruszania się w przestrzeni pozbawionej powietrza, a w dowolnym punkcie trajektorii podczas opadania prędkość okazuje się mniejsza niż prędkość na wzniesienie się.

W przypadku tarcia spadające ciała mają przyspieszenie g tylko w początkowej chwili ruchu. Wraz ze wzrostem prędkości maleje przyspieszenie, ruch ciała wydaje się być równomierny.

ZRÓB TO SAM

Jak spadające ciała zachowują się w rzeczywistych warunkach?

Weź mały dysk wykonany z plastiku, grubego kartonu lub sklejki. Wytnij dysk o tej samej średnicy ze zwykłego papieru. Podnieś je, trzymając w różnych rękach, na tę samą wysokość i jednocześnie opuść. Ciężki dysk spadnie szybciej niż lekki. Podczas spadania na każdy dysk działają jednocześnie dwie siły: siła ciężkości i siła oporu powietrza. Na początku upadku wypadkowa siła ciężkości i siła oporu powietrza będą większe dla ciała o większej masie, a przyspieszenie ciała cięższego będzie większe. Wraz ze wzrostem prędkości ciała wzrasta siła oporu powietrza i stopniowo porównuje się wielkość z siłą grawitacji, spadające ciała zaczynają poruszać się równomiernie, ale z różnymi prędkościami (cięższe ciało ma większą prędkość).
Podobnie jak ruch spadającego dysku, można rozważyć ruch spadającego spadochroniarza podczas skoku z samolotu z dużej wysokości.

Połóż lekki papierowy krążek na cięższym krążku z tworzywa sztucznego lub sklejki, podnieś go i jednocześnie puść. W takim przypadku spadną w tym samym czasie. Tutaj opór powietrza działa tylko na ciężki dolny dysk, a grawitacja nadaje ciałom równe przyspieszenia, niezależnie od ich mas.

PRAWIE ŻART

Żyjący w XVIII wieku paryski fizyk Lenormand wziął zwykłe parasole przeciwdeszczowe, przymocował końce szprych i skoczył z dachu domu. Następnie zachęcony sukcesem wykonał specjalny parasol z wiklinowym siedziskiem i zbiegł z wieży w Montpellier. Na dole był otoczony przez entuzjastycznych widzów. Jak nazywa się twój parasol? Spadochron! - odpowiedział Lenormand (dosłowne tłumaczenie tego słowa z francuskiego to „przeciw upadkowi”).

CIEKAWY

Jeśli przewierci się Ziemię i wrzuci się w nią kamień, co się stanie z kamieniem?
Kamień spadnie, nabierając maksymalnej prędkości w połowie ścieżki, następnie poleci na zasadzie bezwładności i dotrze na przeciwną stronę Ziemi, a jego prędkość końcowa będzie równa prędkości początkowej. Przyspieszenie swobodnego spadania wewnątrz Ziemi jest proporcjonalne do odległości od środka Ziemi. Zgodnie z prawem Hooke’a kamień będzie się poruszał jak ciężar na sprężynie. Jeżeli początkowa prędkość kamienia wynosi zero, wówczas okres oscylacji kamienia w szybie jest równy okresowi obrotu satelity w pobliżu powierzchni Ziemi, niezależnie od tego, jak wykopany jest prosty wał: przez środek Ziemi lub wzdłuż dowolnej cięciwy.

Wziął dwie szklane rurki, zwane rurkami Newtona i wypompował z nich powietrze (ryc. 1). Następnie zmierzył czas opadania ciężkiej piłki i lekkiego piórka w tych rurkach. Okazało się, że spadają w tym samym czasie.

Widzimy, że jeśli usuniemy opór powietrza, to nic nie stanie na przeszkodzie, aby ani piórko, ani piłka spadły - spadną swobodnie. To właśnie ta właściwość stała się podstawą definicji swobodnego spadania.

Swobodny spadek to ruch ciała tylko pod wpływem grawitacji, przy braku działania innych sił.

Co to jest spadek swobodny? Jeśli podniesiesz jakiś przedmiot i puścisz go, prędkość obiektu ulegnie zmianie, co oznacza, że ruch zostanie przyspieszony, nawet równomiernie przyspieszony.

Galileo Galilei oświadczył i udowodnił, że po raz pierwszy swobodny spadek ciał jest równomiernie przyspieszany. Zmierzył przyspieszenie, z jakim poruszają się takie ciała, nazywa się to przyspieszeniem swobodnego spadania i wynosi około 9,8 m / s 2.

Zatem swobodny spadek jest szczególnym przypadkiem ruchu jednostajnie przyspieszonego. Zatem dla tego ruchu obowiązują wszystkie otrzymane równania:

dla rzutu prędkości: V x \u003d V 0x + a x t

dla projekcji ruchu: S x \u003d V 0x t + a x t 2 / 2

określenie położenia ciała w dowolnym momencie: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x oznacza, że mamy ruch prostoliniowy wzdłuż osi x, którą tradycyjnie wybieraliśmy poziomo.

Jeśli ciało porusza się pionowo, zwykle wyznacza się oś y i otrzymujemy (ryc. 2):

Ryż. 2. Pionowy ruch ciała ()

Równania mają następującą, absolutnie identyczną postać, gdzie g jest przyspieszeniem swobodnego spadania, h jest przemieszczeniem wysokości. Te trzy równania opisują sposób rozwiązania głównego problemu mechaniki w przypadku swobodnego spadania.

Ciało wyrzucono pionowo w górę z prędkością początkową V 0 (rys. 3). Znajdź wysokość, na jaką zostanie rzucone ciało. Zapisujemy równanie ruchu tego ciała:

Ryż. 3. Przykład zadania ()

Znajomość najprostszych równań pozwoliła nam znaleźć wysokość, na jaką możemy rzucić ciało.

Wielkość przyspieszenia swobodnego spadania zależy od szerokości geograficznej obszaru, na biegunach jest maksymalna, a na równiku minimalna. Ponadto przyspieszenie swobodnego spadania zależy od składu skorupy ziemskiej pod miejscem, w którym się znajdujemy. Jeśli występują złoża ciężkich minerałów, wartość g będzie nieco większa, jeśli występują puste przestrzenie, będzie nieco mniejsza. Metoda ta jest stosowana przez geologów do określania złóż ciężkich rud lub gazów, ropy naftowej i nazywa się to grawimetrią.

Jeżeli chcemy dokładnie opisać ruch ciała spadającego na powierzchnię Ziemi, to musimy pamiętać, że nadal występuje opór powietrza.

Paryski fizyk Lenormand w XVIII wieku, po przymocowaniu końcówek szprych do zwykłego parasola, skoczył z dachu domu. Zachęcony swoim sukcesem wykonał specjalny parasol z siedziskiem i skoczył z wieży w mieście Montellier. Swój wynalazek nazwał spadochronem, co po francusku oznacza „przed upadkiem”.

Galileo Galilei jako pierwszy wykazał, że czas upadku ciała na Ziemię nie zależy od jego masy, ale zależy od cech samej Ziemi. Jako przykład przytoczył argument dotyczący upadku ciała o określonej masie w pewnym okresie czasu. Kiedy to ciało zostanie podzielone na dwie identyczne połowy, zaczną one spadać, ale jeśli prędkość opadania ciała i czas opadania zależą od masy, to powinny spadać wolniej, ale jak? Przecież ich całkowita masa się nie zmieniła. Dlaczego? Może jedna połowa zapobiega upadkowi drugiej połowy? Dochodzimy do sprzeczności, co oznacza, że założenie, że prędkość spadania zależy od masy ciała, jest niesłuszne.

W ten sposób dochodzimy do właściwej definicji swobodnego spadania.

Swobodny spadek to ruch ciała tylko pod wpływem grawitacji. Na ciało nie działają żadne inne siły.

Przyzwyczailiśmy się do posługiwania się wartością przyspieszenia grawitacyjnego wynoszącą 9,8 m/s 2 , jest to wartość najwygodniejsza dla naszej fizjologii. Wiemy, że przyspieszenie grawitacyjne będzie się różnić w zależności od położenia geograficznego, ale zmiany te są nieistotne. Jakie są wartości przyspieszenia swobodnego spadania na innych ciałach niebieskich? Jak przewidzieć, czy możliwa jest tam wygodna egzystencja człowieka? Przypomnijmy sobie wzór na swobodny spadek (ryc. 4):

Ryż. 4. Tabela przyspieszenia swobodnego spadania na planetach ()

Im masywniejsze jest ciało niebieskie, tym większe jest przyspieszenie swobodnego spadania na nie, tym bardziej niemożliwe jest, aby znajdowało się na nim ciało ludzkie. Znając przyspieszenie swobodnego spadania na różne ciała niebieskie, możemy wyznaczyć średnią gęstość tych ciał niebieskich, a znając średnią gęstość, możemy przewidzieć, z czego te ciała się składają, czyli określić ich budowę.

Mówimy o tym, że pomiary przyspieszenia swobodnego spadania w różnych punktach Ziemi są najpotężniejszą metodą badań geologicznych. W ten sposób, bez kopania dołów, a nie szturmowania studni, kopalń, można określić obecność minerałów w grubości skorupy ziemskiej. Pierwszy sposób to pomiar przyspieszenia swobodnego spadania za pomocą geologicznych wag sprężynowych, które mają fenomenalną czułość, sięgającą milionowych części grama (ryc. 5).

Drugi sposób polega na wykorzystaniu bardzo precyzyjnego wahadła matematycznego, ponieważ znając okres drgań wahadła, można obliczyć przyspieszenie swobodnego spadania: im mniejszy okres, tym większe przyspieszenie swobodnego spadania. Oznacza to, że mierząc przyspieszenie swobodnego spadania w różnych punktach Ziemi za pomocą bardzo dokładnego wahadła, można zobaczyć, czy stało się ono większe, czy mniejsze.

Jaka jest norma dotycząca wielkości przyspieszenia swobodnego spadania? Globus nie jest idealną kulą, ale geoidą, czyli jest lekko spłaszczony na biegunach. Oznacza to, że na biegunach wartość przyspieszenia swobodnego spadania będzie większa niż na równiku, na równiku jest minimalna, ale na tej samej szerokości geograficznej powinna być taka sama. Oznacza to, że mierząc przyspieszenie swobodnego spadania w różnych punktach tej samej szerokości geograficznej, możemy na podstawie jego zmiany ocenić obecność niektórych skamieniałości. Metodę tę nazywa się eksploracją grawimetryczną, dzięki której odkryto złoża ropy naftowej w Kazachstanie i zachodniej Syberii.

Obecność minerałów, złóż ciężkich substancji czy pustek może wpływać nie tylko na wielkość przyspieszenia swobodnego spadania, ale także na jego kierunek. Jeśli zmierzymy przyspieszenie grawitacyjne w pobliżu dużej góry, to to masywne ciało będzie miało wpływ na kierunek przyspieszenia grawitacyjnego, ponieważ przyciągnie również wahadło matematyczne, za pomocą którego mierzymy przyspieszenie grawitacyjne.

Bibliografia

Tikhomirova SA, Yavorsky B.M. Fizyka (poziom podstawowy) – M.: Mnemozina, 2012.
Gendenstein LE, Dick Yu.I. Klasa fizyki 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizyka - 9, Moskwa, Edukacja, 1990.

Praca domowa

Jakim rodzajem ruchu jest spadek swobodny?
Jakie są cechy swobodnego spadania?
Jakie doświadczenie pokazuje, że wszystkie ciała na Ziemi spadają z tym samym przyspieszeniem?

Portal internetowy Class-fizika.narod.ru ().
Portal internetowy Nado5.ru ().
Portal internetowy Fizika.in ().

W mechanice klasycznej nazywa się stan obiektu poruszającego się swobodnie w polu grawitacyjnym swobodny spadek. Jeśli obiekt wpadnie do atmosfery, działa na niego dodatkowa siła oporu, a jego ruch zależy nie tylko od przyspieszenia grawitacyjnego, ale także od jego masy, przekroju i innych czynników. Jednak na ciało spadające w próżni działa tylko jedna siła, a mianowicie grawitacja.

Przykładami swobodnego spadania są statki kosmiczne i satelity na orbicie okołoziemskiej, ponieważ działa na nie jedyna siła – grawitacja. Planety krążące wokół Słońca również spadają swobodnie. Przedmioty spadające na ziemię z małą prędkością można również uznać za spadające swobodnie, ponieważ w tym przypadku opór powietrza jest znikomy i można go pominąć. Jeżeli jedyną siłą działającą na ciała jest grawitacja i nie ma oporu powietrza, przyspieszenie jest takie samo dla wszystkich ciał i jest równe przyspieszeniu swobodnego spadania na powierzchnię Ziemi wynoszącemu 9,8 metra na sekundę na sekundę (m/s²) ) lub 32,2 stóp na sekundę na sekundę (ft/s²). Na powierzchni innych ciał astronomicznych przyspieszenie swobodnego spadania będzie inne.

Skoczkowie mówią oczywiście, że przed otwarciem spadochronu znajdują się w stanie swobodnego spadania, ale tak naprawdę skoczek nigdy nie może spadać swobodnie, nawet jeśli spadochron nie został jeszcze otwarty. Tak, na skoczka w „spadku swobodnym” działa siła ciężkości, ale działa na niego także siła odwrotna – opór powietrza, a siła oporu powietrza jest tylko nieznacznie mniejsza od siły ciężkości.

Gdyby nie było oporu powietrza, prędkość ciała w swobodnym spadku wzrastałaby o 9,8 m/s na sekundę.

Prędkość i odległość swobodnie spadającego ciała oblicza się w następujący sposób:

w₀ - prędkość początkowa (m/s).

w- końcowa prędkość pionowa (m/s).

H₀ - wysokość początkowa (m).

H- wysokość upadku (m).

T- czas opadania (y).

G- przyspieszenie swobodnego spadania (9,81 m/s2 na powierzchni Ziemi).

Jeśli w₀=0 i H₀=0, mamy:

jeśli znany jest czas swobodnego spadania:

jeśli znana jest odległość swobodnego spadania:

jeśli znana jest końcowa prędkość swobodnego spadania:

Wzory te są używane w tym kalkulatorze swobodnego spadania.

Podczas swobodnego spadania, gdy nie ma siły utrzymującej ciało, istnieje nieważkość. Nieważkość to brak sił zewnętrznych działających na ciało z podłogi, krzesła, stołu i innych otaczających obiektów. Inaczej mówiąc, wspierać siły reakcji. Zwykle siły te działają w kierunku prostopadłym do powierzchni styku z podporą, a najczęściej pionowo w górę. Nieważkość można porównać do pływania w wodzie, ale w taki sposób, że skóra nie czuje wody. Każdy zna to uczucie własnego ciężaru, gdy po długiej kąpieli w morzu schodzi się na brzeg. Dlatego właśnie baseny wodne służą do symulowania stanu nieważkości podczas szkolenia kosmonautów i astronautów.

Samo pole grawitacyjne nie jest w stanie wytworzyć nacisku na twoje ciało. Dlatego też, jeśli znajdujesz się w stanie swobodnego spadania na duży obiekt (np. w samolocie), który również znajduje się w tym stanie, na Twoje ciało nie działają żadne zewnętrzne siły oddziaływania pomiędzy ciałem a podporą i następuje uczucie nieważkości, prawie takie samo jak w wodzie.

Nieważki samolot szkoleniowy przeznaczony do tworzenia krótkotrwałej nieważkości w celu szkolenia kosmonautów i astronautów, a także do przeprowadzania różnych eksperymentów. Samoloty tego typu były i są obecnie eksploatowane w kilku krajach. Przez krótkie okresy czasu, trwające około 25 sekund w ciągu każdej minuty lotu, samolot znajduje się w stanie nieważkości, czyli nie ma reakcji wsparcia dla znajdujących się w nim osób.

Do symulacji nieważkości wykorzystywano różne samoloty: w ZSRR i Rosji od 1961 roku wykorzystywano do tego zmodyfikowane samoloty produkcyjne Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK i Ił-76MDK. W USA astronauci szkolą się od 1959 roku na zmodyfikowanych samolotach AJ-2, C-131, KC-135 i Boeingach 727-200. W Europie Narodowe Centrum Badań Kosmicznych (CNES, Francja) wykorzystuje Airbusa A310 do szkoleń w stanie nieważkości. Modyfikacja polega na udoskonaleniu układów paliwowego, hydraulicznego i niektórych innych, aby zapewnić ich normalną pracę w warunkach krótkotrwałej nieważkości, a także wzmocnieniu skrzydeł, aby samolot mógł wytrzymać zwiększone przyspieszenia (do 2G ).

Pomimo tego, że czasami opisując warunki swobodnego spadania podczas lotu kosmicznego na orbicie okołoziemskiej, mówi się o braku grawitacji, to oczywiście grawitacja jest obecna w każdym statku kosmicznym. Brakuje masy, czyli siły reakcji podpory na obiekty w statku kosmicznym, które poruszają się w przestrzeni z tym samym przyspieszeniem ziemskim, tylko nieznacznie mniejszym niż na Ziemi. Przykładowo na orbicie okołoziemskiej na wysokości 350 km, w której Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) okrąża Ziemię, przyspieszenie grawitacyjne wynosi 8,8 m/s², czyli tylko o 10% mniej niż na powierzchni Ziemi.

Aby opisać rzeczywiste przyspieszenie obiektu (najczęściej samolotu) w stosunku do przyspieszenia swobodnego spadania na powierzchnię Ziemi, zwykle używa się specjalnego terminu - przeciążać. Jeśli leżysz, siedzisz lub stoisz na ziemi, na Twoje ciało wpływa przeciążenie o wartości 1 g (czyli go nie ma). Z drugiej strony, jeśli lecisz samolotem, odczuwasz około 1,5 g. Jeśli ten sam samolot wykona skoordynowany ciasny zakręt, pasażerowie mogą doświadczyć obciążenia do 2 g, co oznacza, że ich waga podwoi się.

Ludzie są przyzwyczajeni do życia bez przeciążenia (1 g), więc każde przeciążenie ma ogromny wpływ na ludzki organizm. Podobnie jak w laboratoryjnym samolocie o zerowej grawitacji, w którym wszystkie systemy transportu płynów muszą zostać zmodyfikowane, aby poprawnie funkcjonować w warunkach zerowej (nieważkości), a nawet ujemnej grawitacji, tak i ludzie potrzebują pomocy i podobnej „modyfikacji”, aby przetrwać w takich warunkach. Osoba nieprzeszkolona może stracić przytomność już przy 3-5 g (w zależności od kierunku przeciążenia), gdyż takie przeciążenie jest wystarczające, aby pozbawić mózg tlenu, gdyż serce nie jest w stanie dostarczyć mu wystarczającej ilości krwi. Pod tym względem piloci wojskowi i astronauci szkolą się na wirówkach warunkach dużego przeciążenia aby zapobiec utracie przytomności w ich trakcie. Aby zapobiec krótkotrwałej utracie wzroku i przytomności, która w warunkach pracy może być śmiertelna, piloci, kosmonauci i astronauci zakładają kombinezony wyrównujące wysokość, które ograniczają odpływ krwi z mózgu podczas przeciążeń, zapewniając równomierny nacisk na całą powierzchnię ludzkiego ciała.