Тест: Механика — Физика 7 класс

Вопрос № 1

Перемещение – это:

векторная величина;
скалярная величина;
может быть и векторной и скалярной величиной;
правильного ответа нет.

Вопрос № 2

Перемещением движущейся точки называют…

…длину траектории;
пройденное расстояние от начальной точки траектории до конечной;
… направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение точки с его конечным;
…линию, которую описывает точка в заданной системе отсчета.

Вопрос № 3

При прямолинейном движении скорость материальной точки направлена:

туда же, куда направлено перемещение;
против направления перемещения;

независимо от направления перемещения;

Вопрос № 4

Физическая величина, равная отношению перемещения материальной точки к физически малому промежутку времени, в течение которого произошло это перемещение, называется

средней скоростью неравномерного движения материальной точки;
мгновенной скоростью материальной точки;
скоростью равномерного движения материальной точки.

Вопрос № 5

Ускорение – это:

физическая величина, равная отношению изменения скорости к тому промежутку времени, за который это изменение произошло;

физическая величина, равная отношению скорости к тому физически малому промежутку времени, за которое это изменение произошло;
физическая величина, равная отношению перемещения ко времени.

Вопрос № 6

Какие из величин (скорость, сила, ускорение, перемещение) при механическом движении всегда совпадают по направлению?

сила и ускорение;
сила и скорость;
сила и перемещение;
ускорение и перемещение.

Вопрос № 7

Согласно закону Гука сила натяжения пружины при растягивании прямо пропорциональна

ее длине в свободном состоянии;
ее длине в натянутом состоянии;
разнице между длиной в натянутом и свободном состояниях;
сумме длин в натянутом и свободном состояниях.

Вопрос № 8

Вес тела:

свойство тела;
физическая величина;

физическое явление

Вопрос № 9

Сила тяготения — это сила обусловленная:

гравитационным взаимодействием;
электромагнитным взаимодействием;
и гравитационным, и электромагнитным взаимодействием.

Вопрос № 10

Вдоль границ соприкосновения тел направлены силы:

вязкого трения;
сухого трения;
и сухого, и вязкого трения.

Вопрос № 11

При сухом трении максимальная сила трения покоя:

больше силы трения скольжения;
меньше силы трения скольжения;
равна силе трения скольжения.

Вопрос № 12

Сила упругости направлена:

против смещения частиц при деформации;
по направлению смещения частиц при деформации;
о ее направлении нельзя ничего сказать.

Вопрос № 13

Какое или какие из нижеприведенных утверждений не справедливы?

I. Система отсчета включает в себя тело отсчета и связанную с ним систему координат и выбранный способ счета времени.
II. График зависимости тела совершающего равномерное движение, в координатах (X; t) имеет вид линейной зависимости.
III. При равнозамедленном движении, величина тормозного пути определяется величиной начальной скорости и временем торможения.
IV. Период обращения определяет число оборотов за единицу времени.
V. Угловая скорость характеризует быстроту изменения угла поворота.

II и IV
Только V
III и V

I и IV
II; III и IV

Вопрос № 14

Что называют механическим движением тела?

Всевозможные изменения, происходящие в окружающем мире.
Изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.
Движение, при котором траектории всех точек тела абсолютно одинаковы.
Движение при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые пути.

Вопрос № 15

Материальной точкой называется…

Жестко связанные тело отсчёта, система координат и часы

Тело, размерами и формой которого в данных условиях можно пренебречь.
Тело, которое условно принимается за неподвижное и относительно которого определяется положение и движение других тел

Вопрос № 16

Можно ли считать материальной точкой?

Ворота гаража, в который въезжает автомобиль;
Луну, к которой стартует космическая ракета?
Землю, которая движется вокруг Солнца по своей орбите.

Вопрос № 17

Какое движение называется равномерным?

Всевозможные изменения, происходящие в окружающем мире.
Изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.
Движение, при котором траектории всех точек тела абсолютно одинаковы.
Движение с постоянной по модулю и направлению скоростью.

Вопрос № 18

За первый час тело автомобиль проехал 40 км, за следующие 2 часа ещё 110 км. Найдите среднюю скорость движения автомобиля.

Введите ответ:

Вопрос № 19

Какое из нижеприведенных утверждений справедливо?

Материальная точка — это тело, размерами которого можно пренебречь.
При прямолинейном движении, возможна ситуация, при которой пройденный путь, будет больше соответствующего перемещения.
Единица измерения скорости выраженная через основные единицы СИ. является величина: км/ч

Вопрос № 20

От дома до школы расстояние 900 м. Этот путь ученик прошел за 15 мин. С какой средней скоростью шел ученик?

60 м/с
1 м/с
15 м/с
10 м/с

Вопрос № 21

Тело движется под действием постоянной по модулю и направлению силы. Выберите правильное утверждение.

Скорость тела не изменяется.
Тело движется с постоянным ускорением.
Тело движется равномерно.
Тело движется по окружности.

Вопрос № 22

Сила тяготения — это сила обусловленная:

гравитационным взаимодействием;

электромагнитным взаимодействием;
и гравитационным, и электромагнитным взаимодействием.

Вопрос № 23

Третий закон Ньютона описывает:

действие одного тела на другое;
действие одной материальной точки на другую;
взаимодействие двух материальных точек.

Вопрос № 24

При действии силы в 8Н тело движется с ускорением 4м/с2. Чему равна его масса?

Введите ответ:

Вопрос № 25

Закон всемирного тяготения позволяет рассчитать силу взаимодействия двух тел, если

тела являются телами Солнечной системы;
массы тел одинаковы;
известны массы тел и расстояние между их центрами;
известны массы тел и расстояние между ними, которое много больше размеров тел.

Вопрос № 26

При скольжении бруска массой 5кг по горизонтальной поверхности сила трения равна 10Н. Чему равен коэффициент трения скольжения для этой пары тел?

Введите ответ:

Вопрос № 27

Расстояние между центрами двух шаров равно 1м, масса каждого шара 1 кг. Сила всемирного тяготения между ними примерно равна

Введите ответ:

Вопрос № 28

Утверждение о том, что импульсы замкнутой системы тел не изменяются, является:

необоснованным;
физическим законом;
вымыслом;
затрудняюсь что-либо сказать по этому поводу.

Вопрос № 29

Траектория движения материальной точки — это …

линия, указывающая направление движения точки;
длина вектора перемещения точки;
вектор, соединяющий начальную и конечную точки пути;
линия, описываемая точкой в пространстве при ее движениии.

Вопрос № 30

Сохранение скорости движения при отсутствии внешний воздействий или их колебаний

взаимодействие;
инерция;
механическое движение;
изменение ускорения

Вопрос № 31

Наибольшее смещение тела от положения равновесия

материальная точка;
колебания;
амплитуда;
перемещение.

Вопрос № 32

Раздел физики,изучающий механическое движение

механика;
молекулярная физика;
оптика

Вопрос № 33

Упругие волны с частотами ниже области слышимых человеком частот, то есть с частотой ниже 16 Гц. Источники таких волн достаточно большой интенсивности – грозовые разряды, землетрясения, работающие двигатели самолетов

звук;
ультразвук;
инфразвук;
тон;
высота.

Вопрос № 34

Часть физики, изучающая закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение

механика;
динамика;
кинематика;
механические колебания и волны

Вопрос № 35

Отсутствие давления на подставку тела, расположенного на ней, или на подвес

сила;
вес;
невесомость;
движение;
вакуум.

Вопрос № 36

Изменение формы или размеров тела

деформация;
движение;
невесомость;
инерция.

Вопрос № 37

Величина, которая равна произведению массы тела на скорость этого тела

вес;
ускорение;
сила;
импульс.

Вопрос № 38

Прибор для измерения силы.

весы;
динамометр;
часы;
силометр.

Вопрос № 39

Сила трения скольжения всегда… силы трения качения.

равна;
меньше;
больше;
затрудняюсь ответить.

Вопрос № 40

Что является причиной возникновения силы трения?

сила тяги
сила притяжения
неровность поверхности
сила тяжести

Вопрос № 41

Сила, возникающая при деформировании тела

сила трения
сила тяжести
сила упругости
гравитационная сила

Вопрос № 42

Сила является мерой

механического движения
деформации тела
взаимодействия

Вопрос № 43

Еденица измерения силы в системе СИ

1 м
1 Дж
1 Н
1 м/с
1 кг/м

Вопрос № 44

Чьи законы лежат в основе динамики?

Михаил Васильевич Ломоносов
Роберт Гук
Альберт Эйнштейн
Исаак Ньютон

Вопрос № 45

Физическая величина определяющая быстроту изменения скорости тела?

сила
масса
ускорение
перемещение

Вопрос № 46

Какому физическому явлению соответствует пример: кипение воды

механическое явление
оптическое явление
тепловое явление
звуковое явление

Вопрос № 47

Какому физическому явлению соответствует пример: радуга

тепловое явление
механическое явление
оптическое явление
звуковое явление
электрическое явление

Вопрос № 48

В каких системах отсчёта выполняются все три закона механики Ньютона?

Только в инерциальных системах
Только в неинерциальных системах
В инерциальных и неинерциальных системах
В любых системах отсчёта

Вопрос № 49

Какая из величин: масса или сила — векторная?

Только масса
Только сила
Сила и масса

Вопрос № 50

1 закон Ньютона формулируется так:

Существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела
Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе
Силы, два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению

Вопрос № 51

Под действием силы 20 Н тело движется с ускорением 5 м/с2. Какова масса тела?

0,25 кг
может быть любая
100 кг
4 кг

Вопрос № 52

3 закон Ньютона формулируется так:

Силы, два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению
Существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела
Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе

Вопрос № 53

Тело массой 4 кг движется со скоростью 3 м/с. Каков импульс тела?

0,75 кг* м/с
12 кг*м/с
1,33 кг* м/с

Вопрос № 54

В каких единицах измеряется импульс в Международной системе?

Н
кг
кг*м/с
Дж

Вопрос № 55

Бревно плывет по реке, оно покоится относительно

воды
берега
пристани
обгоняющего теплохода
плывущей навстречу лодке

Вопрос № 56

Реактивным движением в животном мире пользуются:

медузы
молюски
птицы
млекопитающие

Вопрос № 57

Среди растений реактивное движение встречается у :

созревших плодов спокойного огурца
созревших плодов морского огурца
созревших плодов зелёного огурца
созревших плодов бешеного огурца

Вопрос № 58

Примеры реактивного движения тел:

Реактивные самолеты
Велосипеды
Парусники
Электромобили

Вопрос № 59

Почему воздушный шарик движется противоположно струе выходящего из него сжатого воздуха?

По закону сохранения импульса шарик обладает таким же по модулю, но противоположным по направлению импульсом.
В воздухе есть молекулы воды(пар), который влияет на направление струи воздуха из шарика.
Это происходит потому, что воздух внутри шарика сжат.
Движущийся воздух обладает некоторым ускорением для шарика.

Вопрос № 60

Кем была выдвинута идея использования ракет для космических полётов?

М. В. Ломоносов
И. Ньютон
К. Э. Циолковский
Д. И. Менделеев

Вопрос № 61

Какое из перечисленных движений равномерное?

Движение Земли вокруг своей оси
Движение маятника в часах
Движение автомобиля при торможении

Вопрос № 62

Какое движение называют равномерным?

Движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути
Движение, при котором тело движется так, что его траектория-прямая линия
Движение, при котором тело в равные промежутки времени проходит разные пути

Вопрос № 63

Какова основная единица скорости в СИ?

м/с
дм/с
км/ч
см/м
см/с

Вопрос № 64

Какие величины называют векторными?

Это величины, которые характеризуются только числовым значением
Это величины, которые кроме числового значения имеют ещё и направление
Это величины, у которых можно определить среднюю скорость

Вопрос № 65

Что мешает в обычных условиях телам двигаться свободно

скорость движения;
ускорение;
сила;
давление воздуха;
сопротивление воздуха

Вопрос № 66

К какому виду движения относится свободное падение

раномерное движение;
равноускоренное движение;
криволинейное движение;
колебательное движение

Вопрос № 67

Раздел физики изучающие звуки

механика;
акустика;
колебания и волны

Вопрос № 68

Как называются колебания тел под действием внешних периодически меняющихся сил

свободные колебания
гармонические колебания
затухающие колебания
вынужденные колебания

Вопрос № 69

Число полных колебаний, совершаемых в данной точке в единицу времени

период колебаний
частота колебаний
амплитуда колебаний
скорость

Тесты | Тест: | Образовательная социальная сеть

ДЕПАРТАМЕНТ Смоленской области по образованию и науке

Смоленское областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Рославльский многопрофильный колледж»

                                                                                                                   

                                                                                               «УТВЕРЖДАЮ»

                                                                                                 директор колледжа

                                                                                                 __________А. Н. Шарпов

                                                                                                 «____»________________20__г.

Контроль знаний

по дисциплине

физика

для профессии

15.01.05 Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)

                                                                                                                        «СОГЛАСОВАНО»

                                                                                                         заместитель директора по УР

    _____________О.Н. Рослякова                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       «____»________________20__г.

                                                                                    Рассмотрено и утверждено на заседании

                                                                                      предметно-цикловой комиссии

                                                                                     председатель П(Ц)К

 __________/__О. Н.Оробей

                                                                                                    «___»_________________20__г.

                                                                                                                 Материалы составил

Преподаватель

                                                                                                    ____________  /   З.Н. Васильева

                                                                                                 «___» __________________20__г.

Рославль

 2017

ДЕПАРТАМЕНТ Смоленской области по образованию и науке

Смоленское областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Рославльский многопрофильный колледж»

                                                                                                                   

                                                                                               «УТВЕРЖДАЮ»

                                                                                                 директор колледжа

                                                                                                 __________А. Н. Шарпов

                                                                                                 «____»________________20__г.

Контроль знаний

по дисциплине

физика

для специальности

29.02.04 Конструирование, моделирование и технология швейных изделий

                                                                                                                        «СОГЛАСОВАНО»

                                                                                                         заместитель директора по УР

    _____________О.Н. Рослякова                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       «____»________________20__г.

                                                                                    Рассмотрено и утверждено на заседании

                                                                                      предметно-цикловой комиссии

                                                                                     председатель П(Ц)К

 __________/__О. Н.Оробей

                                                                                                    «___»_________________20__г.

                                                                                                                 Материалы составил

Преподаватель

                                                                                                    ____________  /   З.Н. Васильева

                                                                                                 «___» __________________20__г.

Рославль

 2017

Тест  1 блок              Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

1. Температура Т = 0ºК: 

А) Принципиально не может быть достигнута.

Б) Существует в космосе.

В) Существует в системах элементарных частиц.

Г) Достигнута.

2. Исключи лишнее – модель материального тела в молекулярной физике – это предположение о …

1.Форме тела.

2. О том , из каких частиц состоит тело.

3.О том, как эти частицы двигаются.

4.О том, как они взаимодействуют между собой. 

5.Агрегатном состоянии тела:

А) 3,5.

Б) 1,5.

В) 1.

Г) 1,2.

Д) 1,4.

3. Какой температуре по шкале Цельсия соответствует температура Т=152 К?

А) 160 С.

Б) 60 С.     

В)-60 С.

Г) 320 С.

Д) -121°С 

4. Какими эффектами в газе можно пренебречь для того, чтобы газ считался идеальным?

А) Взаимодействием молекул при столкновении.

Б) Внутренней энергией газа.

В) Массами молекул.

Г) Взаимодействием молекул на расстоянии

Д) Столкновением молекул.

5. Характер движения молекул газа:

А) Совершают хаотическое поступательное движение между двумя последовательными столкновениями

Б) Совершают хаотические колебательные движения около своего положения равновесия.

В) Совершают хаотические поступательные движения от одного равновесного состояния до другого.

Г) Совершают вращательное движение между последовательными столкновениями.

Д) Находятся в равновесном состоянии.

6. Выберите правильные утверждения «Абсолютная термодинамическая температура:

1. Не зависит от термометрического вещества.

2. Устанавливается вторым началом термодинамики.

3. Существует в идеальных системах»:

А) 3

Б) 1,2

В) 1                

Г) 2

Д) 1,3

7. Какой температуре по абсолютной шкале Кельвина соответствует температура 690С?

А) 180 К.

Б) 342 К.

В) 316 К.

Г) 204 К.

Д) 300 К.

8. Найти концентрацию молекул, если в 0,01 м3 содержится 8·1010 молекул:

А) 8·1010 1/м3.

Б) 8·104  1/м3.  

В) 8 ·10 1/м.

Г) 8·108  1/м3.

Д) 8·106  1/м3.

9. Определить массу одной молекулы, если молярная масса М=32⋅10-3 кг/моль. (NA=6,02·1023 1/моль).

А) .

Б) .

В) .   

Г) .

Д) m = 5,3·10кг.

10. Сколько молекул содержится в одном моле кислорода?

А) 12 ⋅1023.

Б) 12 ⋅ 1026.

В) 6 ⋅ 1026.  

Г) 6·10.

Д) 1023.

Тест  2 блок              Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

11. Число молекул, содержащихся в данной массе m газа с молярной массой М (NA — постоянная Авогадро):

А) (m – M) NA.

Б) .¾¾¾

В)                  

Г)  .

Д) .

12. Масса одной молекулы равна: (NA — число Авогадро, m — масса газа, М – молярная масса,  ν — количество молей):

А)

Б) (m – M) NA.

В) ν/M.

Г) nM.

Д) νNA.

13. Сколько молекул содержится в газе объемом 2м3 при давлении 150 кПа и температуре 270С? (NA=6,02·1023 1/моль).

А) 7·10

Б) 0,5 ⋅ 1020.

В) 1 ⋅ 1020.

Г) 3 ⋅ 1020.

Д) 1 ⋅ 1021.

14. Количество молекул, содержащихся в 4 г водорода Н2, (число Авогадро NА = 6,02∙1023 моль -1) равно:

А) 4,816∙1024.

Б) 1,204∙1027.

В) 1,204∙1020.

Г) 4,816∙1021.

Д) 12,04·10

15. При изобарном нагревании идеального газа с начальной температурой 280 К плотность его уменьшилась вдвое. На сколько увеличилась температура газа:

А) 300º.

Б) 200º.

В) 280º.

Г) 180º.

Д)380º.

16. Водород Н2 массой 2 кг при 0˚С и давлении 105 Па занимает объем:

А) 22·10-3 м3.

Б) 0,22 м3.

В) 220 м3.

Г) 2,2 м3.

Д) 22,68 м

17. Известны абсолютные температуры идеального газа Т, количество вещества ν, масса газа m , его молярная масса μ, постоянная Авогадро NА, постоянная Больцмана k, молярная газовая постоянная R. Какой формулой, из приведенных ниже, можно воспользоваться для определения значения произведения давления газа p на его объем V:

1)     2)     3) :

А) Только 1 и 3.

Б) Только 2 и 3.

В) Только 1 и 2.

Г) 1,2 и 3.

Д) Только 1.

18. Плотность азота в закрытом баллоне при повышении температуры от 100 К до 200 К (расширением баллона пренебречь):

А) Останется неизменной

Б) Уменьшится в 4 раза.

В) Уменьшится в 2 раза.

Г) Увеличится в 4 раза.

Д) Увеличится в 2 раза.

19. Из сосуда выпустили половину находящегося в нем газа. Для того чтобы давление его увеличилось в 3 раза, необходимо увеличить абсолютную температуру оставшегося в сосуде газа:

А) В 3 раза.

Б) В 6 раз.

В) В 9 раз.

Г) В 5 раз.

Д) В 2 раза.

20. При температуре  270 С и давлении 105 Па объем газа 1 м3. При какой температуре этот газ будет занимать объем 0,5 м3 при том же давлении 105 Па:

А) 300 К.  

Б) 400 К.

В) 600 К.

Г) 150 К.

Д) 450 К.

21. Какой объем займет газ при 770С, если при 270С его объем был 6 л.?

А) 11 л.               Б) 2 л.          В) 4 л.         Г) 9 л.             Д) 7 л.

Тест    3 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

22. Температура идеального  газа, занимавшего объем V1 = 3 · 10-3 м3,  увеличилась в 2 раза при Р = const. После нагревания газ занял  объем:

А) 2·10-3 м3 .   

Б) 5·10-3 м3.

В) 8·10-3 м3.

Г) 6·10м.

Д) 1,5·10-3 м3.

23. Как изменилось давление идеального газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 (рис.)?

А) Могло увеличиться или уменьшится.

Б) Осталось неизменным.

В) Увеличилось.

Г) Уменьшилось.

Д) Процесс невозможен.

24. Как нужно изменить объем газа,  чтобы при постоянной температуре его давление уменьшилось в 4 раза?

А) Оставить без изменения.

Б) Увеличить в 2  раза.

В) Уменьшить в 2  раза.

Г) Уменьшить в 4 раза.

Д) Увеличить в 4 раза.

25. При сжатии газа его объем уменьшился с 8 до 5 литров, а давление повысилось на 60 кПа. Найти первоначальное давление. Процесс изотермический:

А) 40 кПа.

Б) 20 кПа.

В) 100 кПа.

Г) 60 кПа.

Д) 80 кПа.

26. На какой глубине радиус пузырька воздуха вдвое меньше, чем у поверхности воды, если атмосферное давление у поверхности воды p0:

А) .

Б) .

В) .

Г) .

Д) .

27. 12г газа занимают объем 4·10-3 м3 при температуре 70 С. После нагревания газа при постоянном давлении его плотность стала равна 6·10-4  г/см3. До какой температуры нагрели газ:

А) 1800 К.

Б) 1400 К.

В) 1500 К.

Г) 1600 К.

Д) 2000 К.

28. При температуре 250 К, давлении 5 · 105 Па в баллоне объемом 0,1 м3 находится воздух. Найти объем воздуха при нормальных условиях:

А) 0,54 м.

Б) 540 м3.

В) 0,88 м3.

Г) 5,4 м3.

Д) 800 м3.

29. При температуре 270С давление газа в закрытом сосуде было 75 кПа. Каким будет давление при температуре -130С?

А) 35 кПа.

Б) 10 кПа.

В) 25 кПа.

Г) 65 кПа.

Д) 45 кПа.

30. Баллон вместимостью 40 л содержит 2 кг углекислого газа. Баллон выдерживает давление не выше 3·106 Па. При какой температуре  возникает опасность взрыва?

А) 00С.

Б) -500С.

В) 50ºС.

Г) 200С.

Д) 1000С.

Тест 4 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

31. Какое количество ртути, имеющей  кг/ моль, содержится в воздухе объемом 1м3 зараженного ртутью помещения при температуре 20°С, если давление насыщенного пара ртути при этой температуре равно 0,1466 Па?

А) 1 мг.          Б) 12 мг.             В) 3 мг.          Г)6 мг.          Д) 24 мг.

32. График процесса, проведенного с большим объемом газа (m = const):

А) 1.

Б) 3.

В) 4.

Г) 5.

Д) 2.

33. Давление некоторой  массы идеального газа при переходе из состояния 1  в состояние 2:

А) Могло уменьшиться, могло увеличиться.

Б) Увеличилось.

В) Осталось прежним.

Г) Уменьшилось в 3 раза.

Д) Уменьшилось в 2 раза.

34. Какое давление создает кислород массой 32 кг при температуре 270С, если он находится в сосуде объемом 8,31м3?

А) 3·10-5 Па.

Б) 3·106 Па.

В) 2·103 Па.

Г) 100 кПа.

Д) 3·10 Па.

35. Какие  два процесса изменения состояния газа представлены на графиках?

А) 1-изотермический, 2- изобарный.

Б) 1 и 2-изотермические.

В) 1- изобарный, 2-изотермический.

Г) 1-изотермический, 2-изохорный.

Д) 1-изохорный, 2-изотермический.

36. На приведенной p-V диаграмме изотермическим является процесс:

А) 1-3.

Б) 1-2.

В) 1-4.

Г)1-5.

Д) В зависимости от  газа  либо 1-3, либо 1-4.

37. Сколько молекул содержится в газе объемом 3 м3 при давлении 100 кПа и температуре 27˚С:

А) 5·1025

Б) 3·1025

В)7,2·10

Г) 1·1025

Д) 72·1025

38. Сосуд, содержащий газ под давлением , соединили с пустым сосудом объемом 6 литров. После этого в обоих сосудах установилось давление . Найти объем первого сосуда (процесс изотермический):

А) 10л.

Б) 5л.

В) 3л.

Г) 15 л.

Д) 20л.

39. Оцените температуру газообразного гелия в сосуде, если известно, что его масса равна 4г, объем сосуда 22,4·10-3 м3, давление гелия 105Па. Выберите из приведенных ниже значений наиболее близкое к полученному вами результату: 

А) 3 К.

Б) 3000 К.

В) 30000 К.

Г) 30 К.

Д) 300 К.

40. Что называют насыщенным паром?

А) Пар при температуре Т = 0.

Б) Пар с температурой ниже критической температуры.

В) Пар с температурой выше температуры кипения.

Г) Пар при температуре кипения.

Д) Пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью.

41. При опускании сосуда  с водой в глубокую шахту температура кипения:

А) В зависимости от плотности жидкости или уменьшается, или увеличивается.

Б) Не изменяется.

В) Увеличивается.

Г) Уменьшается.

Д) Вначале уменьшается, затем увеличивается.

42. Какое давление рабочей смеси установилось в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, если к концу такта сжатия температура повысилась с 47 до 3670С, а объем уменьшился с 1,8 до 0,3 л? Первоначальное давление было 100кПа:

А) 10 МПа.

Б) 1,2 МПа.

В) 2,4 МПа.

Г) 20 МПа

Д) 4,8 МПа.

Тест 5 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

43. В двух сосудах находятся идеальные газы. Масса молекул газа в первом сосуде в 2 раза больше массы молекул газа во втором сосуде. Чему равно отношение давления газа в первом сосуде к давлению газа во втором сосуде при одинаковых значениях концентрации молекул и температуры:

А) 1/2.

Б) 8.

В) 4.

Г) 2.

Д) 1.

44. Как давление насыщенного пара зависит от температуры? С ростом температуры давление:

А) Уменьшается, затем увеличивается.

Б) Увеличивается, затем уменьшается.

В) Возрастает.

Г) Убывает.

Д) Не изменится.

45. Как изменится давление идеального газа, если при неизменной концентрации абсолютная температура газа увеличится в 3 раза:

А) Уменьшится в 3 раза.

Б) Увеличится в 3 раза.

В) Увеличится в 9 раз.  

Г) Останется неизменным.

Д) Увеличится в 6 раз.

46. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:

А) P =nkT

Б) PV = const.

В) .

Г) PV = 2/3 n0 RT.

Д) PV = RT.

47. Давление идеального газа зависит непосредственно от:

А) Кинетической энергии молекул.

Б) Силы притяжения молекул.

В) Средней длины свободного пробега.

Г) Числа столкновений молекул.

Д) Размеров молекул.

48. Давление газа при увеличении  концентрации его молекул  в 3 раза и уменьшении    средней  квадратичной  скорости молекул  в 3 раза:

А) Увеличится в 9 раз.

Б) Не изменится.

В) Увеличится в 3 раза.

Г) Уменьшится в 3 раза.

Д) Увеличится в 9 раз.

49. Какая из приведенных ниже формул является основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа:

А)

Б) p= n(Е).

В)

Г)

Д)

50. Давление идеального газа при увеличении средней квадратичной скорости в 2 раза:

А) Уменьшится в 2 раза.

Б) Увеличится в 4 раза.

В) Увеличится в 2 раза.

Г) Уменьшится в 4 раза.

Д) Останется неизменным.

Тест 6 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

51. В потоке молекул, летящих со скоростью υ под углом  α  к направлению движения,  расположена пластинка. Масса молекулы газа равна m0, концентрация молекул n. Какое давление испытывает пластинка? Удары молекул о пластинку считать абсолютно упругими.

А)

Б) m0nυ2sin2 α.

В) m0nυ2.

Г) 2 m0nυ2sin2 α.

Д)

52. Какую долю средней кинетической энергии молекулы гелия составляет средняя энергия ее вращательного движения:

А) 3.

Б) 1/2.

В) Нуль.

Г) 1.

Д) 2/5.

53. Энергия, приходящаяся на одну степень свободы молекулы водяного пара h3O при 100 К (постоянная Больцмана k=1,38·10 -23 Дж/К):

А) 415,5 Дж.

Б) 3,45⋅10-21 Дж.

В) 2,0775 кДж.

Г) 1,246 кДж.

Д) 6,9·10 Дж.

54. Число степеней свободы молекулы углекислого газа (СО2) равно:

А) 7.

Б) 3.

В) 6.

Г) 5.

Д) 4.

55. Средняя кинетическая энергия поступательного движения хаотически движущейся молекулы двухатомного идеального газа:

А) .

Б) Е = kT.

В) .

Г) .

Д) .

56. Какое из соотношений выражает энергию поступательного движения одной молекулы водорода?

А) 3kT.

Б) .

В) .

Г) kT.

Д) kT.

57. Какова средняя кинетическая энергия атома гелия, если температура газа 170С (постоянная Больцмана k = 1,38·10 -23 Дж/К):

А) 6·10 Дж.

Б) 10-10 Дж.

В) 4·10-10 Дж.

Г) 6 Дж.

Д) 5·10-21 Дж. 

58.  Из ниже перечисленных газов  самое большое число степеней свободы имеют молекулы:

А) h3.

Б) O2.

В) Не.

Г) Аr.

Д) NO.

59. Чему равна кинетическая энергия вращательного движения всех молекул одного моля двухатомного газа?

А) .

Б) .

В) RT

Г) .

Д) 3RT.

60. Величина среднеквадратичной скорости поступательного движения молекул идеального газа:

А) .

Б)

В) .

Г) .

Д) .

61. На поступательное движение молекулы водорода приходится число степеней свободы:

А) 5.

Б) 2.

В) 4.

Г) 3.

Д) 6.

62. На вращательное движение молекулы кислорода приходится число степеней свободы:

А)2.

Б) 1.

В) 3.

Г) 5.

Д) 6.

Тест 7 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

63. Внутренняя энергия 1 моля идеального одноатомного газа при 27ºС равна:

А) 3,74 кДж.

Б) 2,16 кДж.

В) 6,12 кДж.

Г) 1,82 кДж.

Д) 0,59 кДж.

64. Какая из приведенных ниже формул определяет внутреннюю энергию идеального газа:

А) .

Б) U = RT.

В) .

Г) .

Д) .

65. Газ перешел из состояния 1 в состояние 2. Как изменилась его внутренняя энергия?

А) Вначале уменьшилась, затем увеличилась.

Б) Уменьшилась.

В) Увеличилась.

Г) Вначале увеличилась, затем уменьшилась.

Д) Не изменилась.

66. Внутренняя энергия газа при переходе из состояния 1 в состояние 2:

А) Вначале уменьшилась, затем увеличилась.

Б) Уменьшилась.

В) Не изменилась.

Г) Вначале увеличилась, затем уменьшилась.

Д) Увеличилась.

67. Внутренняя энергия идеального газа при увеличении его давления в 2 раза и уменьшении занимаемого объема в 2 раза:

А) Уменьшится в 2 раза.

Б) Увеличится в 2 раза.

В) Увеличится в 4 раза.

Г) Не изменится

Д) Уменьшится в 4 раза.

68. На сколько увеличится внутренняя энергия трёх молей идеального одноатомного газа при изобарном нагревании его от 299 К до 301 К?

А) 50 Дж.

Б) 33 Дж.

В) 75 Дж

Г) 25 Дж.

Д) 125 Дж.

69. Определить внутреннюю энергию 5 кг аммиака Nh4 при температуре 340 К:

А) 4 ⋅ 105Дж.

Б) 2,5 ⋅ 107Дж.

В) 28,51 ⋅ 105Дж.

Г) 24,93 · 10Дж.

Д) 5 ⋅ 105Дж.

70. На сколько увеличится внутренняя энергия трех молей идеального двухатомного газа при изохорном нагревании его от 190С до 210С:

А) 360 Дж.

Б) 200 Дж.

В) 100 Дж.

Г) 187 Дж.

Д) 124,5 Дж.

71. Внутренняя  энергия газа не изменяется при  процессе:

А) Любом.

Б) Изотермическом.

В) Изохорном.

Г) Изобарном.

Д) Адиабатном.

72. Функция распределения молекул идеального газа по скоростям найдена:

А) Больцманом.

Б) Клаузиусом.

В) Карно.

Г) Максвеллом.

Д) Эйнштейном.

73. Чему равно отношение средней квадратичной скорости молекул газа к наиболее вероятной скорости?

А)

Б) .

В) .

Г) .

Д) .

74. Зависимость атмосферного давления Р от высоты  h над поверхностью Земли:

А) .

Б) p = pe

В) .

Г) .

Д) .

Тест 8 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

75. Распределение частиц во внешнем силовом поле описывается:

А) Распределением Максвелла.

Б) Распределением Больцмана.

В) Основным уравнением молекулярно кинетической теории.

Г) Уравнением состояния идеального газа.

Д) Барометрической формулой.  

76. В атмосфере на высоте в несколько сот километров температура тела порядка 10000С. Почему там не сгорают спутники и ракеты?

А) Они изготовлены из тугоплавкого материала.

Б) Большая масса.

В) Плотная атмосфера.

Г) Разряженная атмосфера.

Д) Все молекулы движутся упорядоченно.

77. Длина свободного пробега молекул неразряженного газа:

А) .

Б).

В) =

Г) .

Д) .

78. Какая из указанных формул определяет силу сопротивления F, действующую со стороны потока жидкости на медленно движущийся в ней шарик?

А) .

Б) .

В) .

Г) F = 6rV.

Д) .

79. Как изменяется эффективный диаметр молекул газа при увеличении его температуры?

А) Увеличивается в 2 раза.

Б) Увеличивается.

В) Остается неизменным.

Г) Уменьшается.

Д)Уменьшается в  2 раза.

80. При внутреннем трении   хаотически движущиеся молекулы переносят:

А) Импульс.

Б) Скорость.

В) Энергию.

Г) Массу.

Д) Температуру.

81. Уравнение диффузии:

А) .

Б) j=-D.

В) .

Г) .

Д) .

82. К явлениям переноса относятся:

А) Диффузия, теплопроводность, броуновское движение.

Б) Диффузия, теплопроводность, вязкость.

В) Только броуновское движение.

Г) Только диффузия.

Д) Диффузия, броуновское движение.

83. Если дополнительное давление сферической поверхности равно 9∙10-2 Па, а радиус сферы 2∙10-2 м, то чему равен коэффициент поверхностного натяжения жидкости?

А) 18 ∙10-4 Н/м.

Б) 18 ∙10-3 Н/м.

В) 9·10 Н/м.

Г) 4,5 ∙10-3 Н/м.

Д) 9 ∙10-5 Н/м.

84. Найдите массу воды, поднявшейся по капиллярной трубке диаметром 0,5 мм. Поверхностное натяжение воды 73 мН/м.

А) 11,7 мг.

Б) 15 мг.

В) 5,56 мг.

Г) 3 мг.

Д) 21,5 мг.

85. Как изменится средняя квадратичная скорость теплового движения молекул идеального газа при увеличении абсолютной температуры газа в 4 раза:

А) Уменьшится в 4 раза.

Б) Уменьшится в 6 раз.

В) Уменьшится в 2 раза.

Г) Увеличится в 16 раз.

Д) Увеличится в 2 раза.

86. Каково отношение средних квадратичных скоростей молекул кислорода и водорода при одинаковой температуре?

А) Ответ зависит от температуры.

Б) 16.

В) 4.

Г) 1.

Д) 0,25.

Тест 9 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

87. Во сколько увеличится объём воздушного шара, если его внести с улицы в тёплое помещение? Температура на улице –3ºС, в помещении – 27ºС.

А) 1,1.

Б) 3.

В) 4.

Г) 2.

Д) 0,5.

88. Давление газа при неизменной концентрации увеличилось в  раз. Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул:

А) Увеличилась в 3 раза.

Б) Увеличилась в  раз.

В) Ответ зависит от рода газа.

Г) Уменьшилась в 9 раз.

Д) Могла не измениться.

89. Давление газа равно 1 мПа, концентрация его молекул 1010 см-3. Температура газа равна:

А) 6,82 кК.

Б) 6,18 кК.

В) 7,25 кК.

Г) 3,24 кК.

Д) 5,64 кК.

90. Найти среднюю квадратичную скорость молекул воздуха при температуре t = 17ºС, считая воздух однородным газом, масса одного киломоля которого равна μ = 29 кг/кмоль.

А) 400 м/с.

Б) 300 м/с.

В) 600 м/с.

Г) 500м/с.

Д) 550 м/с.

91. Найти концентрацию молекул, если в 0,01 м3 содержится 8∙1010 молекул.

А) 8∙1010 1/м3

Б)8 ·101/ м

В) 8∙108 1/м3

Г) 8∙104 1/м3

Д) 8∙106 1/м3

92. При изотермическом изменении объёма некоторой массы идеального газа его давление увеличилось вдвое. Как изменится средняя квадратичная скорость молекул?

А) Возрастёт в  раз.

Б) Возрастёт в 2 раза.

В) Уменьшится в  раз.

Г) Уменьшится в 2 раза.

Д) Не изменится.

93. Давление газа, масса которого 5 кг, молярная масса 40·10-3 кг/моль при температуре 500 К, равно 150 кПа. Объём сосуда, в котором находится газ, равен:

А) 3,46 м.

Б) 34,6 м3.

В) 48,5 м3.

Г) 48,5 см3.

Д) 48,5 л.

94. Оцените  массу атмосферного воздуха в помещении объёмом 300 м3 при нормальных условиях:

А) 38,8 кг.

Б) 0,03 кг.

В) 388 кг.

Г) 0,3 кг.

Д) 3 кг.

95. В двух сосудах находятся идеальные газы. Масса молекул газа в первом сосуде в 2 раза больше массы молекул газа во втором сосуде. Чему равно отношение давления газа в первом сосуде к давлению газа втором сосуде при одинаковых значениях концентрации молекул и температуры

А) 1.

Б) 1/2

В) 2

Г) 8

Д) 4

96. Определить плотность насыщенного водяного пара при температуре , если его давление при этом равно P = 19,22 кПа. ()

А) 130 ·10кг/м.

Б)

В)

Г)

Д)

97. Как изменяется скорость испарения жидкости при повышении температуры?

А) Уменьшается.

Б) Увеличивается.

В) Может увеличиваться, а может уменьшаться.

Г) Остается неизменной.

Д) Вначале увеличивается, а затем уменьшается.

Тест 10 блок            Молекулярно-кинетическая теория  10 кл.

98. Количество вещества, содержащееся в 4 г водорода Н2, равно:

А) 8 моль

Б) 2000 моль

В) 0,008 моль

Г) 2 моль.

Д) 0,002 моль

99. В баллоне находилась масса  при давлении . Какую массу Δ m газа взяли из баллона, если давление стало равным . Температуру газа считать постоянной.

А) 0,5 кг.

Б)5 кг.

В) 7,5 кг.

Г) 2 кг.

Д) 8 кг.

100. Давление воздуха внутри плотно закупоренной бутылки при температуре  было . При нагревании бутылки пробка вылетела. До какой температуры  нагрели бутылку, если известно, что пробка вылетела при давлении воздуха в бутылке ?

А) 364 К.

Б) .

В) 280 К.

Г) 100 К.

Д) .

101. Имеется два баллона одинакового объема. В одном из них находится 1 кг газообразного молекулярного азота, в другом — 1 кг газообразного молекулярного водорода. Температуры газов одинаковы. Давление водорода  Па. Каково давление азота:

А) 7 ·10Па.

Б)  Па

В)  Па

Г)  Па

Д)  Па

102. Найти импульс mν молекулы водорода при температуре t = 20° С. Скорость молекулы считать равной средней квадратичной скорости.

А)

Б)

В)

Г)

Д) 6,3 · 10кг·м/с.

103. Какой температуре по абсолютной шкале Кельвина соответствует температура 69º С?

А) 180 К.

Б) 342 К.

В) 204 К.

Г) 316 К.

Д) 300 К.

104. Какое уравнение описывает закон Дальтона?

А)

Б) при V,m=const.

В) , при T,m=const

Г) p=p+…+p

Д) V=V0αT=V0(1+αt)  при p,m=const.

105. Средняя арифметическая скорость молекул азота N2  при 27 0С равна:

А) 346 м/с

Б) 756 м/с

В) 476 м/с

Г) 402 м/с

Д) 612 м/с.

106. Какой температуре по шкале Цельсия соответствует температура Т=152 К?

А) 6 0С

Б) 32 0С

В) -121ºС.

Г) -6 0С

Д) 16 0С

107. При какой из указанных температур давление насыщенных паров наибольшее?

А) При температуре плавления.

Б) При температуре кипения.

В) Давление от температуры не зависит.

Г) При кристаллизации.

Д) При критической температуре.

108. Плотность газа ρ=1,3 кг/м3, давление 9,75 кПа,

молярная масса газа 4 г/моль. Найти температуру газа.

А) Т= 3,6 К.

Б) Т=3600 К.

В) Т=3608К.

Г) Т=36 К.

Д) Т=360 К.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
41	42	43	44	45	46	47	48	49	50
51	52	53	54	55	56	57	58	59	60
61	62	63	64	65	66	67	68	69	70
71	72	73	74	75	76	77	78	79	80
81	82	83	84	85	86	87	88	89	90
91	92	93	94	95	96	97	98	99	100
101	102	103	104	105	106	107	108

КОДЫ ОТВЕТОВ

Коды правильных ответов

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
А	В	Д	Г	А	Б	Б	В	Д	Г
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Г	А	А	Д	В	Д	Г	А	Б	Г
21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Д	Г	Г	Д	В	Б	Б	А	Г	В
31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
Б	А	Б	Д	Б	А	В	Г	Д	Д
41	42	43	44	45	46	47	48	49	50
В	Б	Д	В	Б	А	А	Г	Б	Б
51	52	53	54	55	56	57	58	59	60
Г	В	Д	В	Б	Г	А	Д	В	Б
61	62	63	64	65	66	67	68	69	70
Г	А	А	Б	В	Д	Г	В	Г	Д
71	72	73	74	75	76	77	78	79	80
Б	Г	А	Б	Б	Г	В	Г	Г	А
81	82	83	84	85	86	87	88	89	90
Б	Б	В	А	Д	Д	А	Б	В	Г
91	92	93	94	95	96	97	98	99	100
Б	Д	А	В	А	А	Б	Г	В	А
101	102	103	104	105	106	107	108
А	Д	Б	Г	В	В	Д	А

Критерии оценок:

1. Оценка «5» выставляется при выполнении от 90% до 100% (от 97 вопросов до 108 включительно).

2.Оценка «4» выставляется при выполнении от 80% до 89% (от 86 вопросов до 96 вопросов включительно).

3. Оценка «3» выставляется при выполнении от 70% до 79% (от 76 вопросов до 85 вопросов включительно).

4. Оценка «2» выставляется при выполнении менее 70% предлагаемых заданий.

Тест по теме «Силы» | exam-test.ru

Опубликовано 20.07.202220.07.2022 автором admin

1. Какие из величин (скорость, сила, ускорение, перемещение) при механическом движении всегда совпадают по направлению:
а) сила и ускорение +
б) сила и перемещение
в) сила и скорость

2. Сила, с которой тело действует на опору, называется:
а) сила тяжести
б) вес тела +
в) сила упругости

3. Какие силы в механике сохраняют свое значение при переходе из одной инерциальной системы в другую:
а) только силы тяготения и упругости
б) только сила трения
в) силы тяготения, трения, упругости +

4. Трение вредно, когда:
а) нож режет овощи +
б) автомобиль едет по скользкой дороге
в) конвейер перемещает детали

5. Равнодействующая сила:
а) сила, заменяющая действие сил, с которыми взаимодействуют тела
б) сила, действие которой заменяет действие всех сил, действующих на тело +
в) нет верного ответа

6. При каком виде трения тел возникает наименьшая сила трения:
а) при трении скольжения
б) при трении качения +
в) при трении покоя

7. Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю. Какова траектория движения этого тела:
а) эллипс
б) парабола
в) прямая +

8. Почему возникает сила трения:
а) потому что шероховатости поверхностей тел зацепляются друг за друга, а молекулы, находящиеся на поверхностях, притягиваются +
б) потому что молекулы соприкасающихся тел притягиваются друг к другу
в) потому что поверхности тел шероховатые

9. При действии силы в 8 Н тело движется с ускорением 4 м/с2. Чему равна его масса:
а) 2,2 м/с2
б) 45 м/с2
в) 22 м/с2 +

10. Куда направлена сила тяжести:
а) к полюсам
б) к центру Земли +
в) перпендикулярно опоре

11. Закон всемирного тяготения позволяет рассчитать силу взаимодействия двух тел, если:
а) известны массы тел и расстояние между ними, которое много больше размеров тел +
б) тела являются телами Солнечной системы
в) массы тел одинаковы

12. Как зависит сила тяжести от массы тела:
а) пропорционально квадрату массы тела
б) прямо пропорционально +
в) не зависит

13. Сила тяготения — это сила обусловленная:
а) гравитационным взаимодействием +
б) и гравитационным, и электромагнитным взаимодействием
в) электромагнитным взаимодействием

14. Сила тяжести, действующая на одно и то же тело больше на:
а) поверхности Луны
б) поверхности Марса
в) поверхности Земли +

15. Вдоль границ соприкосновения тел направлены силы:
а) сухого трения
б) вязкого трения
в) и сухого, и вязкого трения +

16. От какой физической величины зависит сила тяжести вблизи поверхности Земли:
а) скорость тела
б) масса тела +
в) объем тела

17. Сила упругости направлена:
а) против смещения частиц при деформации +
б) по направлению смещения частиц при деформации
в) зависит от ситуации

18. Будет ли сила тяжести действовать на тело, свободно падающее на Землю:
а) нет
б) да +
в) будет, только если тело движется вниз

19. Под действием силы 3Н пружина удлинилась на 4 см, а под действием силы 6Н удлинилась на 8см. Чему равен модуль силы, под действием которой удлинение пружины составило 6 см:
а) 5 Н
б) 4 Н
в) 4,5 Н +

20. Если разделить тело на две части, то сумма сил тяжести, действующих на них по сравнению с первоначальной:
а) увеличится
б) останется неизменной +
в) уменьшится

21. Если сила, прижимающая тело к поверхности увеличивается, то величина трения скольжения:
а) не изменится +
б) уменьшится
в) увеличится

22. Как изменится сила тяжести, действующая на человека в лифте, в момент начала движения вверх:
а) уменьшится
б) не изменится +
в) увеличится

23. Человек массой 70 кг находится на неподвижной горизонтальной поверхности. Чему равен его вес:
а) 70 Н
б) 70 кг
в) 700 Н +

24. Причиной изменения скорости движения тела является:
а) движение молекул тела
б) действующая на тело сила +
в) пройденный телом путь

25. Весом тела называется:
а) сила, с которой опора действует на тело
б) масса тела
в) сила, с которой тело действует на опору +

26. Масса первого тела — 10 кг, масса второго тела — 20 кг. Какое из утверждений верно:
а) сила тяжести первого тела равна силе тяжести второго тела
б) сила тяжести первого тела меньше силы тяжести второго тела +
в) сила тяжести первого тела больше силы тяжести второго тела

27. Тело лежит на неподвижной горизонтальной поверхности. Действующая сила:
а) вес тела, приложенный к опоре +
б) сила тяжести тела, приложенная к опоре
в) вес тела, приложенный к телу

28. Вес автомобиля массой 2 т, находящегося на неподвижной горизонтальной поверхности, равен:
а) 2000 Н
б) 2 Н
в) 20 кН +

29. При уменьшении силы, прижимающей тело к поверхности, сила трения скольжения:
а) уменьшится +
б) увеличится
в) может увеличиться или уменьшиться в зависимости от свойств поверхности

30. Силой трения покоя называют силу:
а) возникающую при скольжении одного тела по поверхности другого и направленную против движения
б) возникающую при отсутствии движения одного тела по поверхности другого и направленную против возможного движения +
в) возникающую при скольжении одного тела по поверхности другого и направленную в сторону движения

Физика

Тест по теме «Силы в механике»

Тест по теме «Силы в механике».

1 вариант

1. Как изменится максимальная сила трения покоя, если силу нормального давления бруска на поверхность уве­личить в 2 раза?

А. Не изменится Б. Уменьшится в 2 раза В. Увеличится в 2 раза

2. Как и во сколько раз нужно изменить расстояние меж­ду телами, чтобы сила тяготения уменьшилась в 4 раза?

А. Увеличить в 2 раза Б. Уменьшить в 2 раза В. Увеличить в 4 раза.

3. Закон всемирного тяготения позволяет рассчитать силу взаимодействия двух тел, если

1)тела являются телами Солнечной системы; 2) массы тел одинаковы; 3) известны массы тел и расстояние между их центрами; 4) известны массы тел и расстояние между ними, которое много больше размеров тел.

4. Спортсмен совершает прыжок с шестом. Сила тяжести действует на спортсмена

1)только в течение того времени, когда он соприкасается с поверхностью Земли; 2) только в течение того времени, когда он сгибает шест в начале прыжка; 3) только в течение того времени, когда он падает вниз после преодоления планки; 4) во всех этих случаях.

5.Сила тяготения — это сила обусловленная:

1) гравитационным взаимодействием; 2) электромагнитным взаимодействием; 3) и гравитационным, и электромагнитным взаимодействием.

6. При сухом трении максимальная сила трения покоя:

1) больше силы трения скольжения; 2) меньше силы трения скольжения; 3) равна силе трения скольжения.

7.Как изменяются масса и вес тела при его перемещении с экватора на полюс Земли?

1) масса и вес тела не изменяются; 2) масса тела не изменяется, вес увеличивается; 3) масса тела не изменяется, вес уменьшается; 4) масса и вес тела уменьшаются.

8. Космический корабль после выключения ракетных двигателей движется вертикально вверх, достигает верхней точки траектории и затем движется вниз. На каком участке траектории в корабле наблюдается состояние невесомости? Сопротивление воздуха пренебрежимо мало.

1) только во время движения вверх; 2) только во время движения вниз; 3) только в момент достижения верхней точки траектории; 4) во время всего полета с неработающими двигателями.

9. Силу изображают

 А) стрелкой Б) стрелкой направленной в сторону действия силы, с началом  в точке

    приложения силы В) Стрелкой, направленной вертикально вниз

10. Вес тела измеряется…..Сила тяжести измеряется……

          А)  кг Б)  Н

11.  Сила действующая на тело массой 1 кг. равна :

        А) 102 Н       Б) 9,8Н В) 1 Н        

12. На каком рисунке изображена

   1. 2

   А) Сила упругости         Б) сила тяжести и вес тела         

13.  Тело выпущенное из рук, падает на Землю. Какая сила вызывает падение тел?        

А) сила тяжести Б) сила упругости В) вес тела

14. Сила тяжести приложена…….  

15. Вес тела — сила приложена…..

16.Сила упругости приложена….

А) к телу Б) к опоре В) к опоре, противоположно силе упругости

17.  От чего зависит сила трения:

      А) от материала, силы нормального давления, от обработки трущихся       поверхностей

      Б) От веса тела и материала трущихся поверхностей

 В) от площади соприкасающихся поверхностей

18. В игре по перетягиванию каната участвуют  6 человек. Три из них тянут влево  с силой 100Н, 220Н и 80Н, три—вправо  с силами 100Н, 210Н и 105Н.

В каком направлении будет двигаться  канат и чему равна равнодействующая сила?

     А)  вправо 415Н Б) влево 400 Н В)  вправо 15Н

Тест по теме «Силы в механике».

2 вариант

1. Как изменится максимальная сила трения покоя, ес­ли силу нормального давления бруска на поверхность уменьшить в 2 раза?

А. Не изменится Б. Уменьшится в 2 раза В. Увеличится в 2 раза

2. Как и во сколько раз нужно изменить расстояние меж­ду телами, чтобы сила тяготения увеличилась в 4 раза?

А. Увеличить в 2 раза Б. Уменьшить в 2 раза В. Увеличить в 4 раза

3.Согласно закону Гука сила натяжения пружины при растягивании прямо пропорциональна

1) ее длине в свободном состоянии; 2) ее длине в натянутом состоянии; 3) разнице между длиной в натянутом и свободном состояниях; 4) сумме длин в натянутом и свободном состояниях.

4. Спортсмен совершает прыжок с шестом. Сила тяжести действует на спортсмена

1)только в течение того времени, когда он соприкасается с поверхностью Земли; 2) только в течение того времени, когда он сгибает шест в начале прыжка; 3) только в течение того времени, когда он падает вниз после преодоления планки; 4) во всех этих случаях.

5. Вес тела:

1) свойство тела; 2) физическая величина; 3) физическое явление.

6. Вдоль границ соприкосновения тел направлены силы:

1) вязкого трения; 2) сухого трения; 3) и сухого, и вязкого трения.

7. Сила упругости направлена:

1) против смещения частиц при деформации; 2) по направлению смещения частиц при деформации; 3) о ее направлении нельзя ничего сказать.

8. Космический корабль после выключения ракетных двигателей движется вертикально вверх, достигает верхней точки траектории и затем движется вниз. На каком участке траектории в корабле наблюдается состояние невесомости? Сопротивление воздуха пренебрежимо мало.

1) только во время движения вверх; 2) только во время движения вниз; 3) только в момент достижения верхней точки траектории; 4) во время всего полета с неработающими двигателями.

9. Сила  обозначается буквой:                

        А)   Р                 Б)  F             B)  m

10.  Сила — причина……

   А) изменение скорости движения и деформации  Б)  покоя  тела В)  равномерного движения.

11. На  каком  рисунке  изображена    

    1.    2

     А)  сила тяжести и вес тела       Б)  сила трения

12. Сила 1 Н приблизительно равна силе, действующей на тело массой:

     А) 9,8 кг. Б) 0,102 кг. В)  1 кг.

13.Весом  тела  называют силу, с которой……..

14.Силой  тяжести называют силу, с которой……..

15. Силой  упругости называют силу, с которой…..

       А)…  тело притягивается к Земле. Б)…  опора действует на тело  лежащее на ней.

       В)…  тело, вследствие  притяжения к  Земле действует на опору или растягивает подвес.

16.Какая  сила удерживает спутник орбите:

       А)  сила  тяжести Б) вес  тел В)  сила упругости

17.Что   является причиной возникновения трения

А.  шероховатость поверхностей Б. взаимное притяжение молекул

В.  Взаимное притяжение молекул и шероховатость поверхностей

18.  В игре по перетягиванию каната участвуют  четыре человека. Два из них тянут канат в одну сторону ( влево) с силой 120Н и 280Н, два – в другую сторону (вправо) с силой 100 Н и 250Н. В каком направлении будет двигаться канат и чему равна равнодействующая сила?

А)  влево 50 Н          Б)   вправо  750Н    В) вправо 50 Н

 

экзамен физика

1.

Физи́ческая величина́ — это характеристика природного объекта, описывающего его состояние.

Система единиц— совокупность единиц физической величины.(СИ)

Меха́ника — раздел физики, наука, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними.

Система отсчёта — это совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и системы отсчёта времени, по отношению к которым рассматривается ккаких-либо материальных точек или тел.

2.

Кинематика — это раздел науки изучающий движение тел без рассматривания причин вызывающих это действие.

Способы описания движения:

Векторный — положение материальной точки задается с помощью радиуса-вектора  относительно некоторой неподвижной точки О.

 — вектор перемещения материальной точки за время .

 — вектор средней скорости.

 — вектор мгновенной скорости.

 — среднее ускорение,

 — мгновенное ускорение МТ.

Координатный — При описании этим способом с телом отчета связывают какую-либо систему координат (например, декартову).

— закон движения материальной точки

, ,  — проекции вектора скорости на оси

 — модуль скорости

, ,  — направляющие косинусы, определяющие направление вектора скорости

Для вектора ускорения  — аналогично:

 — проекция вектора ускорения на ось  и т.д.

Естественный — В нем движение описывается с помощью параметров самой траектории, и он используется, когда траектория известна.

— закон движения точки

 — средняя путевая скорость

 — путь

Скорость материальной точки — вектор, характеризующий направление и быстроту перемещения материальной точки относительно тела отсчета.

3.

Ускорение — векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости точки по её численному значению и по направлению.

Тангенциальное (касательное) ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль касательной к траектории в данной точке траектории движения. Тангенциальное ускорение характеризует изменение скорости по модулю при криволинейном движении.

Направление вектора тангенциального ускорения _τ совпадает с направлением линейной скорости или противоположно ему. То есть вектор тангенциального ускорения лежит на одной оси с касательной окружности, которая является траекторией движения тела.

Нормальное ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль нормали к траектории движения в данной точке на траектории движения тела. То есть вектор нормального ускорения перпендикулярен линейной скорости движения Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по направлению и обозначается буквой _n. Вектор нормального ускорения направлен по радиусу кривизны траектории.

4

Движение по окружности — это вращательное движение материальной точки или тела, когда ось вращения в выбранной системе отсчёта неподвижна и не проходит через центр тела.

Псевдовектор вращательного движения.

При повороте тела на угол dφ, вводят псевдовектор бесконечно малого поворота . В правой системе координат направление определяют правилом правого винта: винт, расположенный вдоль оси, вращается вместе с телом, направление его поступательного движения определяет направление псевдовектора. В левой системе координат направление псевдовектора изменится на обратное, истинный вектор при этом не меняет направления. 

Вращение характеризуется углом , измеряющимся в градусах или радианах, угловой скоростью  (измеряется в рад/с) и угловым ускорением  (единица измерения — рад/с²).

Связь между линейной и угловой скоростями , между линейным и угловым ускорениями  

5.

Плоское движение твердого тела- движение при, котором все его точки перемещаются параллельно некоторой фиксированной плоскости П 

Мгновенная ось вращения — прямая, неподвижная в данный момент в нек-рой инерциальной системе отсчёта, относительно к-рой сложное движение твёрдого тела в этот момент можно представить как вращат. вокруг этой прямой. М. о. в. может лежать как внутри тела, так и вне его. С течением времени положение М. о. в. изменяется относительно как неподвижной системы отсчёта, так и системы отсчёта, движущейся вместе с телом.

Сложение скоростей — В классической механике абсолютная скорость точки равна векторной сумме её относительной и переносной скоростей:

закон преобразования скоростей:  . закон преобразования ускорений:   ,  ,  

 – осестремительное ускорение, направленое вдоль оси от центра вращения.  – кориолисово ускорение, возникающее вследствие движения тела во вращающейся СО.  Таким образом, полное ускорение точки можно представить в виде: 

6.

Динамика — раздел физики , изучает движение тел, в связи с причинами обуславливающими тот или иной характер движения.

_{1.Закон Ньютона — Тело} сохр.сост.покоя и равномерного прямолинейного движения если на тело ни действуют ни какие др. дела.

_{Масса — мера инерции тела.}

_{Импульс —} Физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения.

Сила — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел

2.Закон Ньютона. — ОТвечает на вопрос как изменяется движение мат.точки под воздействие др.тел.

_7.

Механическая система обладает определённым числом  степеней свободы, а её состояние описывается с помощью обобщённых координат  и соответствующих им обобщённых импульсов 

_{3.Закон Ньютона — Силы с которыми тела действуют друг на друга равны по модулю и противоположны по направлению.}

_{На расстоянии взаимодействие тел осуществляется полем(Гравитационное, Эл. магнитное, ядерные, слабые)}

Центр масс  — воображаемая точка с положения которой характеризуеся распределение массы всей системы.

Уравнение движения мат. точек.

Закон сохранения —  утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) системы есть величина постоянная, если векторная сумма внешних сил, действующих на систему, равна нулю.

Импульс системы: . Опыт показал что при столкновении 2х тел их скорости получают приращения ∆Ѵ1 и ∆Ѵ2: ∆(p1+p2) = 0 dp = F dt — элементарный импульс силы.

8.

Движения тела с переменной массой: dt: — изменение импульса топлива — изменение массы топлива. — скорость отдельной массы. Приращение импульса: — m уравнение движения — U- скорость газов в движущийся системе ракеты. ежесекундный расход топлива — C=U Ln(m0) Реактивное движение — движение тела, возникающее при отделении от него с какой-либо скоростью некоторой его части.

9.

Энергия- количественная мера движения и взаимодействие всех видов материи, она никуда не исчезает, а переходит из одного вида в другой. Механическая работа — это физическая величина, являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек), тела или системы А=Е2-Е1 . элементарная работа — F dr Fs=Fcos α. Мо́щность — физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы N=dA/ dt Различают среднюю мощность за промежуток времени  и мгновенную мощность в данный момент времени: 1дж=кг м/ 1н = Кинети́ческая эне́ргия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек в выбранной системе отсчёта. Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, представляющая собой часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил.

Закон сохранения энергии: — изменение Ек U+K=E — полная мех.энерг.системы.

10.

Соударение — столкновение двух или более тел при которых взаимодействие длится очень короткое время. Абсолютно упругий удар — столкновение двух тел в результате которого в обоих взаимодействующих телах не остается ни какой информации которой обладали тела до удара. (сумма импульсов до взаимодействия равна сумме импульсов после) (сумма энергий до взаимодействия равна сумме энергии после)

11.Абсалютно неупругий удар — столкновение двух тел,в результате которго тела объединины и движутся как одно целое.

Важно — импульсы являются величинами векторными, поэтому складываются только векторно.

12.

Момент силы — векторная физическая величина, равная векторному произведению радиус-вектора (проведённого от оси вращения к точке приложения силы — по определению), на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Момент силы относительно оси, например  O_z (рисунок 1.18), равен алгебраическому моменту проекции этой силы на плоскость, перпендикулярную этой оси (F’ ) относительно точки пересечения оси с плоскостью, т.е.

 M_z(F) = M_o(F’) = F’ h’. (1.9) Момент считается положительным, если мы смотрим навстречу оси и видим проекцию силы, стремящуюся повернуть плоскость чертежа в направлении против хода часовой стрелки.

Момент силы относительно оси равен нулю, если линия действия силы пересекает ось, т.е. h=0  (например M_z(P)), или сила параллельна оси, т.е. ее проекция на плоскость равна нулю, например, M_z(Q)  . Момент силы относительно оси – скалярная величина. 

 

13.

Вращением вокруг неподвижной оси — движение твердого тела, при котором во все время движения две его точки остаются неподвижными. Вращение характеризуется углом , измеряющимся в градусах или радианах, угловой скоростью  (измеряется в рад/с) и угловым ускорением  (единица измерения — рад/с²) -линейная скорость. — частота вращения. — скорость угловая. — Ек.

Момент инерции — скалярная  физическая величина, мера инертности во вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении.  (кг·м²)

Теорема Штейнера — Момент инерции тела І относительно параллельной оси вращения равен моменту инерции І_с относительно параллельной оси, проходящей через центр масс С тела, сложенному с произведением массы m тела на квадрат расстояния а между осями

14.

Энергия вращения: поступательного движения — любая прямая связанная с движущимся телом, остается параллельной самой себе T_вр=Iω²/2. -Ек вращательного — все точки тела движутся по окружности , центры которых лежат на одной прямой. T=(mv_c²+I_cω²)/2 — Ек

15.

Гироскоп — массивное симметричное тело вращающаяся с большой угловой скоростью вокруг своей оси симметрии. ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ СИЛЫ — силы, зависящие от скоростей и обладающие тем свойством, что сумма их работ (или мощностей) при любом перемещении системы, на к-рую действуют эти силы, равна нулю. Проедсессионое движение — его ось описывает конус вокруг вертекали. M=dL/dt — уравнение момента волчка. w- скорость волчка. w’-скорость прецессии. -угол тетта.

16.

Закон всемирного тяготения: Сила, с которой два тела притягиваются друг к другу, называется гравитационной силой (силой тяготения). Гравитационное поле — это окружающая тело область пространства, в которой на другие тела действует сила тяготения, обусловленная массой данного тела. Гравитационное поле имеет линии, по которым тела точечной массы могут двигаться в свободном состоянии.

КОСМИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ — наз. наименьшая нач. скорость, к-рую нужно сообщить телу, чтобы оно стало ИСЗ. Она равна скорости кругового движения на данной высоте над Землёй, т. е.  где  — произведение постоянной тяготения на массу Земли (массой ИСЗ можно пренебречь), r — геоцентрич. расстояние ИСЗ. На поверхности Земли V₁7,9 км/с.

Второй К. с.- наз. наименьшая нач. скорость, к-рую нужно сообщить телу, чтобы оно, начав движение вблизи поверхности Земли, преодолело земное притяжение. Она, очевидно, совпадает со скоростью параболич. движения на данном геоцентрич. расстоянии, т. е.V₂== . У поверхности Земли она составляет ок. 11,2 км/с.

Понятия круговой и параболич. скоростей применяются и для др. планет (тогда  — произведение постоянной тяготения на массу планеты), а также обобщаются на случай относит. движения двух космич. тел, взаимодействующих по закону всемирного тяготения, в этом случае и есть произведение постоянной тяготения на сумму масс тел, r — расстояние между их центрами масс.

Третьей К. с. наз. наименьшая нач. скорость, при к-рой тело, начиная движение вблизи поверхности Земли, преодолевает земное притяжение, затем притяжение Солнца и покидает Солнечную систему. У поверхности Земли она равна прибл. 16,7 км/с.

17.

Преобразования Галилея. Принцип относительности Галлелея — законы динамики одинаковы во всех система отсчета(при) Ускорение в движ.системах отсчета относительно друг друга равномерно и прямолинейно одинаковы. Если точка а движется в подвижной системе отсчета с каким то ускорением, то с таким же ускорением оно движется и в неподвижной системе координат.

Неинерциальные системы отсчета — сис-мы отсчета которые движутся относительно инерциальных с каким то ускорением. -ускорение в движ.сист. отсчета a-ускорение в покаящ.сист. отсчета. — ускорение .движ.сист.отсчета относительно неподвижной. Центробежная сила — это сила инерции действующая на тело во вращ. сист.отсчета. a=

18.

Теория относительности. Постулаты:1.ПРинцип относительности:Никакие опыты не позволяют обнаружитьпокается это сис-ма или движется равномерно и прямолинейно. Все законы природы инвариантны по отношению координат и времени при переходе из одной системы отсчета к другой.2.Принцип постоянства: Скорость св. в вакуме не зависит от движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерц.сист.отсчета. Преобразования Лоренца — алгоритм преобразования координат и времени при переходе из одной сис-мы отсчета кординат и времени к др. Одновременность собыити: Если события в системе К происходят в одной точке (x₁ =х₂) и являются одновременными (t₁ =t₂), то, согласно преобразованиям Лоренца т. е. эти события являются одновременными и пространственно совпадающими для любой инерциальной системы отсчета. Если события в системе К пространственно разобщены (х₁  x₂), но одновременны (t₁ = t₂), то в системе К’, согласно преобразованиям Лоренца .- интервал между событиями. — релятивистский множитель. : В движ.сист. интервал времени между событиями увеличивается.

19.

Длина тел в разных системах отсчета: линейный размер тела, движущегося отно­сительно инерциальной системы отсчета, уменьшается в направлении движения в  раз, т. е. так называемое лоренцево сокращение длины тем больше, чем больше скорость движения. т. е. поперечные размеры тела не зависят от скорости его движения и одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Таким образом, линейные размеры тела наибольшие в той инерциальной системе отсчета, относительно которой тело покоится.   -сокращение длины

Интервал времени между двумя событиями может быть разным вразных системах отсчета. — интервал времени в др. сист. отсчета. — интервал времни в одной С.О. — релятивистский множитель.

21. Элементы релятивистской динамики: релятивистский импульс — сила — работа — dA= кинетическая энергия — масса покоя- полная энергия — Е=К+m =

22.

Жидкость — это агрегатное состояние вещ-ва промежуточное между твердым и газообразным она сохр. объем и образует поверхность. Ее плотность одинакова по всему объему. Идеальная жидкость — жидкость в которой отсутствует сила трения. На поверхность тела помещенного в жидкость , направленная перпендикулярно поверхности. Закон Паскаля — давление на поверхность жидкости производимое внешними силами передается во всех напралениях. Давление покоящиеся жидкости одинаково по всем направлениям. — Закон архимеда. Течение жидкости: Движение жидкости — течение, совакупность частиц — поток. Линии тока совпадают с траекториями частиц. Трубка тока — часть жидкости ограниченная линиями тока. Частицы жидкости при движении не пересекают стенок трубки тока. Уравнение неразрывности: S — const. S1 S1

23. Уравнение Бернули — выражение закона сохранения энергии для установившегося течения Скорость жидкости больше в узких местах. Стат.давление больше в более широких местах. . — высота столба — гидростат.давление. — динам.давление.

24. Вязкость — это свойства реальных жидкостей оказвать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. —градиент скорости(показывает как быстро меняется скорость при переходе от слоя к слою в направлениях перпендикулярных направлению движения). S. Сила внутр. трения пропрциональна градиенту скорости и площади. -динам.вязкость. Режимы течения:ломинарное — течение, при котором слой потока жидкости скользит относительно соседних не перемешиваясь с ними, подобное течение наблюдается при небольших скоростях. турбулентное: течение, при котром частицы жидкости переходят из слоя к слою, то есть имеется перпендикулярная составляющая по отношению к течению, происходит интенсивное перемещение жидкости. (d-характеристика потока) Метод Стокса — он основан на измерении скорости медленно движ-ся в жидкости небольших тел сфер.формы. Закон Пуазёйля — это физический закон так называемого течения Пуазёйля, то есть установившегося течения вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубке. 

(Q- секундный объёмный расход жидкости, м³/с  — радиус капилляра, м  — диаметр капилляра, м  — длина капилляра, м.  — коэффициент динамической вязкости, Па·с  — перепад давления на концах капилляра, Па)

спагеттификация — The Batrachospermum Magazine

Вы читаете отрывок из книги «Смерть с небес» американского астронома и научного блогера Фила Плейта (The Bad Astronomer). Опубликовано с любезного разрешения издательства «Альпина нон-фикшн».

Кое в чем черная дыра не сильно отличается от любого другого объекта. У всего, что имеет массу, имеются силы тяготения. У вас они есть и у меня. У бревна, у Земли, у Солнца, а также у черной дыры. Притяжение от объекта, которое вы ощущаете, определяется всего двумя факторами. Первый – масса этого объекта: удвойте массу объекта, и притяжение, которое вы ощущаете, также удвоится.

(Просто для точности: масса и вес – не одно и то же. Масса – это свойство материи, его можно представить как количество вещества в объекте, и массу мы измеряем в граммах или килограммах. Вес равен силе притяжения, действующей на ту массу, и мы измеряем его в ньютонах. Пушечное ядро имеет одинаковую массу вне зависимости от того, где оно находится, на Земле или на Луне. Но на Луне его вес в шесть раз меньше, потому что ее сила тяготения составляет всего 1/6 от земной; на Земле 1 кг весит 9,8 ньютона, но на Луне он весит примерно 1,6 ньютона. )

Второй фактор, от которого зависят силы тяготения, – на каком расстоянии вы находитесь от объекта, или, точнее, ваше расстояние от центра масс объекта. Силы тяготения уменьшаются с квадратом расстояния, то есть эти силы увеличиваются с таким же темпом по мере того, как вы приближаетесь к объекту.

Возьмем Солнце. Оно очень массивное – 2×10²⁷ т (это двойка с 27 нулями), что весьма впечатляет, – и оно довольно большое, примерно 1 391 000 км в поперечнике. Если бы вы могли стоять на поверхности Солнца, не испарившись, вы бы ощущали притяжение в 28 раз больше того, что вы чувствуете здесь, на Земле.

Но это, собственно, максимальное притяжение, которое вы могли бы ощутить от Солнца. Если вы отодвинетесь (хорошая идея), притяжение, которое вы ощущаете, уменьшится, потому что вы будете находиться дальше. А если вы стоите на его поверхности, вы не сможете приблизиться еще сильнее. В противном случае вы очутились бы внутри Солнца – ближе к его центру, но теперь между вами и его поверхностью находится определенная масса. Вы можете представить, что эта масса тянет вас кверху, немного компенсируя силу тяготения, тянущую вас вниз. По мере приближения к центру Солнца притяжение, которое вы ощущаете, уменьшается. А в самом центре вы не ощущали бы притяжения совсем.

(Согласно физике твердых тел, правда заключается в том, что, как ни странно, масса у вас над головой не притягивает вас совсем. Первым это рассчитал математически Ньютон. По сути, как только вы оказываетесь внутри объекта, подобного Солнцу, единственная масса, о которой вам нужно беспокоиться, – это та, что находится между вами и центром.)

Но теперь давайте немного изменим ситуацию. Давайте сожмем Солнце так, чтобы его масса осталась без изменений, но диаметр стал, скажем, 5,8 км. Так как вся масса теперь утрамбована в сферу диаметром всего 1/240 000 от первоначального, сила тяготения на поверхности взмывает… Но притяжение, которое вы ощущали бы на расстоянии 695 500 км (начальный радиус Солнца), было бы абсолютно таким же!

Сами подумайте: масса такая же, и ваше расстояние (от центра масс сжатого Солнца) такое же. Так как силы тяготения зависят только от этих двух параметров, притяжение, которое вы ощущаете, точно такое же, какое было у Солнца нормальных размеров.

Разница в том, что, если вы приближаетесь, сила тяготения растет. Раньше она уменьшалась, потому что вы были внутри Солнца. Но теперь Солнце стало маленьким, поэтому вы можете приближаться и приближаться, и при этом сила тяготения увеличивается. Она будет постоянно расти, пока вы не приблизитесь на расстояние 2,9 км от центра (половина диаметра), и в этой точке у вас начнутся настоящие проблемы.

Почему? Потому что ту цифру – 5,8 км – я взял не из воздуха. При таком диаметре силы тяготения Солнца были бы настолько большими, что даже свет не мог бы убежать (держу пари, вы гадали, к чему я клоню). Правильно – если бы мы могли сжать Солнце до таких размеров, оно стало бы черной дырой.

Важный момент здесь заключается в том, что на большом расстоянии сила тяготения черной дыры действует точно так же, как и сила тяготения гораздо большего объекта, но такой же массы. На огромном расстоянии притяжение черной дыры с массой в десять раз больше массы Солнца ощущалось бы точно так же, как и притяжение нормальной звезды с массой в десять раз больше массы Солнца.

(Однако ни одна черная дыра, образовавшаяся из сверхновой, не может иметь массу меньше, чем примерно три массы Солнца. Ядро взрывающейся звезды должно быть не меньше этой массы, иначе из него образуется только нейтронная звезда, а не черная дыра. Поэтому спокойствие, только спокойствие: Солнце не сможет превратиться в черную дыру.)

Черные дыры опасны, потому что есть риск приблизиться к ним. Именно в этом заключена реальная мощь черных дыр. Они необязательно массивнее других объектов – многие звезды гораздо более массивны, чем черные дыры. Их сила в размере. Или в его отсутствии: они маленькие. Они настолько малы, что вы можете оказаться очень близко, а по мере приближения к ним их притяжение возрастает колоссально.

Если бы вы были достаточно храбрым – или безрассудным, – чтобы приблизиться к черной дыре, вы бы наблюдали удивительные последствия. Более того, просто сногсшибательные.

Когда вы падаете в черную дыру вниз ногами, ваша голова будет находиться примерно на 180 см дальше от черной дыры, чем ноги (в зависимости от вашего роста, разумеется). Так как силы тяготения зависят от расстояния до центра, черная дыра будет притягивать ваши ноги сильнее, чем голову. На большом расстоянии эта разница в гравитационном воздействии на голову и на ноги невелика, но по мере приближения она будет увеличиваться.

Эта разница называется приливной силой. Строго говоря, это неправильный термин. Это не сила, а изменение силы. К несчастью, термин прижился, и именно так мы называем это явление.

На Землю действует приливная сила Луны: притяжение Луны тянет ту сторону Земли, которая находится ближе к ней, немного сильнее, чем обратную. От этого Земля под Луной выпячивается. Но, как это ни странно, поверхность Земли выпячивается с двух сторон: под Луной и с обратной, дальней стороны от Луны.

Это объясняется тем, что Луна притягивает сильнее центр Земли, чем ее противоположную сторону – центр Земли находится ближе к Луне. Поэтому, по сути, Луна оттягивает центр Земли от противоположной стороны; результат – «горб» на противоположной от Луны стороне Земли. Для объекта, на который действуют приливные силы, это подобно растяжению – как если бы вы взяли один конец резиновой ленты в одну руку, а второй конец в другую и развели руки в стороны.

Приливная сила подобна силе тяготения, но, если сила тяготения увеличивается обратно пропорционально квадрату расстояния, приливы становятся сильнее обратно пропорционально кубу. Уменьшите свое расстояние до объекта наполовину, и сила тяготения увеличится в четыре раза, а приливная сила увеличится в восемь раз. Приблизьтесь в десять раз, и сила тяготения увеличится в 100 раз, а приливы в 1000 раз.

Очевидно, это будет проблемой. Скажем, вы астронавт, парите в скафандре над обычной черной дырой с массой, допустим, в пять раз больше массы Солнца, горизонт событий которой имел бы диаметр 29 км. Астрономы называют такие объекты черной дырой звездной массы, потому что ее масса примерно такая же, как у звезды (кроме того, диаметр черной дыры пропорционален ее массе: удвоим массу, и диаметр черной дыры также удвоится). Давайте также допустим, что вы находитесь очень далеко, на расстоянии примерно 16 000 км. Если вы начнете свое падение оттуда, даже если вы сначала стояли на месте, всего через пару секунд вы окажетесь на горизонте событий! На таком расстоянии невероятное притяжение дыры в 270 000 раз сильнее, чем притяжение Земли. Но что странно – вы бы этого не почувствовали. Так как вы находились бы в свободном падении и ничто не противодействовало бы гравитационному воздействию, вы бы ощущали невесомость, как парашютисты в падении несколько первых секунд затяжного прыжка или астронавты на орбите Земли.

На таком расстоянии приливная сила, обусловленная разницей в 180 см между вашей головой и ступнями, незаметна.

Через секунду или около того ваше падение ускорится. Последние 8000 км до горизонта событий вы промчитесь примерно за одну секунду. Если бы вы могли реагировать быстрее, соображать быстрее (поскольку жить вам осталось всего одну секунду, и мы хотим, чтобы вы понимали, какие ужасы происходят с вами), вы могли бы заметить странное ощущение, такое чувство, как будто бы вас растягивает в двух направлениях, одновременно к черной дыре и от нее, как если бы вы были канатом в игре на перетягивание каната. Общая сила, действующая на ваше тело, по-прежнему огромна, но приливы от черной дыры генерируют небольшое дополнительное усилие на ваши ступни, направленное к черной дыре, равное примерно четверти земного притяжения, и такое же усилие будет приложено к вашей голове, но в направлении от черной дыры. Если вы весите 72 кг, это ощущалось бы так, как будто к вашим ногам привязали 18-килограммовую гирю и такая же гиря тянула бы вашу голову вверх. Это неприятно, но не смертельно. Однако от этого у вас буквально волосы встанут дыбом. К несчастью, через долю секунды все изменится.

На расстоянии 2500 км ощущения гораздо сильнее. Как будто бы вас растягивает как конфету-тянучку – сила, действующая на ваши ступни и направленная вниз, теперь в десять раз больше силы тяготения Земли, 725 кг веса. И такая же сила тянет вашу голову вверх! Кровь приливает к вашей голове, и вы теряете сознание (то, что пилоты истребителей называют «красная пелена», в отличие от потемнения в глазах, когда кровь отливает от мозга). Это оказывается благом. На следующие несколько миллисекунд вам лучше бы отключиться.

Именно тогда начинаются настоящие неприятности. На расстоянии 800 км от черной дыры приливные силы, действующие в противоположных направлениях, разрывают вас с чудовищным усилием в 550 раз больше силы тяготения Земли, свыше 40 т веса. Человеческое тело не в состоянии выдерживать такие нагрузки. Мягкие ткани разрываются, а ваши голова и ступни лопаются от крови, заливающей их с силой в сотни ньютонов.

На расстоянии 80 км от черной дыры приливы превышают силу притяжения Земли больше чем в 700 000 раз. Это как будто бы вас подвесили над пропастью, привязав к ногам круизный лайнер. Ваши кости переламываются пополам, затем еще раз и еще раз, на крошечные кусочки.

Приятного аппетита! Иллюстрация: Matthew Attard.

Но погодите! Это еще не все: вас не просто растягивает в длину, вас еще сжимает. Ваш левый бок падает к центру черной дыры по слегка отличающейся траектории, чем та, к которой стремится правый бок. Оба пытаются упасть в центр дыры по прямой; поэтому на ваш правый бок действует сила, направленная влево, а на левый бок – направленная вправо. От этого вас сжимает, и эта сила тоже невероятно мощная, примерно такая же, как и сила растяжения. Вас растягивает и сжимает.

Вы – тюбик с зубной пастой в стальном кулаке черной дыры. Вы превращаетесь в тонкую «спагеттину» человеческой тянучки.

Когда ваши ступни – то, что когда-то было вашими ступнями, – находятся прямо над горизонтом событий черной дыры, в вас уже не узнать человека. Вас растянуло в невероятно тонкую линию, в километры длиной, как макаронную нить. Ученые называют этот процесс спагеттификацией.

И тут черная дыра, как будто бы оценив сравнение, засасывает вас, причмокивая.

---

Вас также могут заинтересовать статьи:
Вселенский апоптоз случится от маленького разрыва
Кишечные археи: темная материя вашего организма
Поп-ап-экология отдаленного будущего

ньютонов гравитации — В чем разница между гравитационной силой и гравитационной постоянной?

Спросил 1 год, 4 месяца назад

Изменено 1 год, 4 месяца назад

Просмотрено 572 раза

$\begingroup$

Мне сказали, что гравитационная постоянная — это сила притяжения между двумя объектами на расстоянии с массой. Хотя, разве это не то же определение, что и гравитационная сила? Я знаю, что они разные из-за формулы силы тяготения, только не знаю из-за чего.

• силы
• ньютоновская гравитация
• определение
• физические константы

$\endgroup$

$\begingroup$

Гравитационную постоянную можно рассматривать как меру силы гравитации. Если вы подставите значение массы и расстояние между двумя объектами, вы можете узнать силу притяжения между ними, но для этого вам понадобится гравитационная постоянная, так как она определяет силу этого притяжения. 92 $

Если подставить $m_1,m_2,r=1$ , то получится $F=G$. Итак, гравитационная постоянная равна силе притяжения между двумя телами единичной массы, отстоящими друг от друга на единицу расстояния. Используя это определение, мы можем найти силу между двумя объектами с любой случайной массой и случайным расстоянием.

$\endgroup$

$\begingroup$

Гравитационная постоянная — это фиксированная константа, определяемая экспериментально. Его можно использовать для сравнения общей величины гравитационной силы с другими типами консервативных сил. Например, электростатическая сила между двумя точечными зарядами определяется очень похожим уравнением, но используется другая константа (называемая 92}$$

$\endgroup$

$\begingroup$

Короче говоря, гравитационная постоянная G — это величина гравитационной силы между двумя объектами с единичной массой, расстояние между которыми равно единице.

Только для этих объектов гравитационная сила будет иметь величину, равную G. Во всех других случаях вы должны рассчитывать, используя формулу массы на квадрат расстояния.

$\endgroup$

$\begingroup$

9-{11}$ в единицах СИ

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

6.5 Универсальный закон всемирного тяготения Ньютона — Колледж физики 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните гравитационную силу Земли.
• Опишите гравитационное воздействие Луны на Землю.
• Обсудить невесомость в космосе.
• Изучить эксперимент Кавендиша

Что общего у ноющих ног, падающего яблока и орбиты Луны? Каждая из них вызвана силой гравитации. Наши ноги напряжены, поддерживая наш вес — силу земного притяжения, действующую на нас. Яблоко падает с дерева из-за той же силы, действующей на высоте нескольких метров над поверхностью Земли. А Луна вращается вокруг Земли потому, что гравитация способна обеспечить необходимую центростремительную силу на расстоянии сотен миллионов метров. На самом деле одна и та же сила заставляет планеты вращаться вокруг Солнца, звезды — вокруг центра галактики, а галактики — группироваться вместе. Гравитация — еще один пример лежащей в основе простоты природы. Это самая слабая из четырех основных сил, встречающихся в природе, и в некотором смысле наименее изученная. Это сила, действующая на расстоянии, без физического контакта, и выражается формулой, действующей повсюду во Вселенной, для масс и расстояний, которые варьируются от крошечных до огромных.

Сэр Исаак Ньютон был первым ученым, который точно определил гравитационную силу и показал, что она может объяснить как падающие тела, так и астрономические движения. См. Рисунок 6.17. Но Ньютон был не первым, кто заподозрил, что одна и та же сила вызывает и наш вес, и движение планет. Его предшественник Галилео Галилей утверждал, что падающие тела и движение планет имеют одну и ту же причину. Некоторые из современников Ньютона, такие как Роберт Гук, Кристофер Рен и Эдмунд Галлей, также добились определенного прогресса в понимании гравитации. Но Ньютон первым предложил точную математическую форму и с помощью этой формы показал, что движение небесных тел должно представлять собой конические сечения — окружности, эллипсы, параболы и гиперболы. Это теоретическое предсказание было большим триумфом — уже некоторое время было известно, что луны, планеты и кометы следуют по таким путям, но никто не мог предложить механизм, который заставлял бы их следовать именно по этим путям, а не по другим. Другие выдающиеся ученые и математики того времени, особенно за пределами Англии, не хотели принимать принципы Ньютона. Потребовалась работа другого выдающегося философа, писателя и ученого, Эмили дю Шатле, чтобы установить ньютоновское тяготение как точный и всеобъемлющий закон. Дю Шатле, который ранее заложил основу для понимания сохранения энергии, а также принципа отсутствия массы у света, перевел и дополнил ключевую работу Ньютона. Она также использовала исчисление для объяснения гравитации, что помогло ее принять.

Рисунок 6.17 Согласно ранним сообщениям, Ньютон был вдохновлен установить связь между падающими телами и астрономическими движениями, когда увидел, как яблоко падает с дерева, и понял, что если сила гравитации может распространиться над землей на дерево, она также может достичь Солнца. Вдохновение яблоком Ньютона является частью мирового фольклора и даже может быть основано на фактах. Универсальный закон тяготения Ньютона и его законы движения ответили на очень старые вопросы о природе и оказали огромную поддержку представлению о лежащей в основе простоте и единстве природы. Как и многие революционные открытия, оно не было сразу принято. Выдающийся французский ученый и философ Эмили дю Шатле помогла утвердить теорию Ньютона во Франции и континентальной Европе.

Гравитационная сила относительно проста. Она всегда притягательна и зависит только от вовлеченных масс и расстояния между ними. Говоря современным языком, универсальный закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что каждая частица во Вселенной притягивает любую другую частицу с силой вдоль соединяющей их линии. Сила прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Рисунок 6.18 Гравитационное притяжение происходит вдоль линии, соединяющей центры масс этих двух тел. Величина силы одинакова на каждом из них, что соответствует третьему закону Ньютона.

Предупреждение о заблуждении

Величина силы, действующей на каждый объект (один имеет большую массу, чем другой), одинакова, что соответствует третьему закону Ньютона.

Тела, с которыми мы имеем дело, имеют тенденцию быть большими. Чтобы упростить ситуацию, мы предполагаем, что тело действует так, как если бы вся его масса была сосредоточена в одной конкретной точке, называемой центром масс (ЦМ), которая будет дополнительно изучена в разделе «Импульс движения и столкновения». Для двух тел, имеющих массы mm и MM с расстоянием rr между их центрами масс, уравнение универсального закона всемирного тяготения Ньютона имеет вид

F=GmMr2,F=GmMr2,

6.40

где FF — величина гравитационной силы, а GG — коэффициент пропорциональности, называемый гравитационной постоянной. GG — это универсальная гравитационная постоянная, то есть считается, что она одинакова во всей Вселенной. Экспериментально было измерено:

G=6,674×10−11 Н⋅м2кг2G=6,674×10−11Н⋅м2кг2

6,41

в единицах СИ. Обратите внимание, что единицы GG таковы, что сила в ньютонах получается из F=GmMr2F=GmMr2 при рассмотрении массы в килограммах и расстояния в метрах. Например, две массы массой 1000 кг, разделенные расстоянием 1000 м, будут испытывать гравитационное притяжение 6,674×10-11Н6,674×10-11Н. Это чрезвычайно малая сила. Небольшая величина гравитационной силы согласуется с повседневным опытом. Мы не осознаем, что даже большие объекты, такие как горы, воздействуют на нас гравитационными силами. На самом деле вес нашего тела — это сила притяжения всей Земли на нас с массой 6×1024кг6×1024кг.

Напомним, что ускорение свободного падения gg составляет около 9,80 м/с29,80 м/с2 на Земле. Теперь мы можем определить, почему это так. Вес объекта мг — это гравитационная сила между ним и Землей. Подстановка мг вместо FF в законе всемирного тяготения Ньютона дает

мг=GmMr2, мг=GmMr2,

6,42

, где mm — масса объекта, MM — масса Земли, а rr — расстояние до центр Земли (расстояние между центрами масс объекта и Земли). См. Рисунок 6.19.. Масса mm объекта сокращается, остается уравнение для gg:

g=GMr2.g=GMr2.

6,43

Подставляя известные значения массы и радиуса Земли (до трех значащих цифр),

g=6,67×10−11N⋅m2kg2×5,98×1024kg(6,38×106m)2,g=6,67×10−11N⋅ м2кг2×5,98×1024кг(6,38×106м)2,

6,44

и получаем значение ускорения падающего тела:

g=9,80м/с2.g=9,80м/с2.

6,45

Рисунок 6.19 Расстояние между центрами масс Земли и объектом на ее поверхности почти равно радиусу Земли, потому что Земля намного больше объекта.

Это ожидаемое значение и не зависит от массы тела . Закон всемирного тяготения Ньютона продвигает наблюдение Галилея о том, что все массы падают с одинаковым ускорением, на шаг дальше, объясняя наблюдение с точки зрения силы, которая заставляет объекты падать, — фактически с точки зрения универсально существующей силы притяжения между массами.

Домашний эксперимент

Возьмите шарик, шарик и ложку и бросьте их с одной высоты. Они падают на пол одновременно? Если вы также уроните лист бумаги, будет ли он вести себя как другие предметы? Объясните свои наблюдения.

Установление связей

Все еще предпринимаются попытки понять силу гравитации. Как мы увидим в физике элементарных частиц, современная физика исследует связи гравитации с другими силами, пространством и временем. Общая теория относительности меняет наш взгляд на гравитацию, заставляя нас думать о гравитации как о искривлении пространства и времени.

В следующем примере мы проводим сравнение, подобное тому, которое сделал сам Ньютон. Он отметил, что если сила гравитации заставляет Луну вращаться вокруг Земли, то ускорение свободного падения должно равняться центростремительному ускорению Луны на ее орбите. Ньютон обнаружил, что два ускорения совпадают «почти почти».

Пример 6,6

Сила тяготения Земли — это центростремительная сила, заставляющая Луну двигаться по криволинейной траектории

(a) Найдите ускорение силы тяжести Земли на расстоянии от Луны.

(b) Вычислите центростремительное ускорение, необходимое для удержания Луны на своей орбите (предполагается, что она движется по круговой орбите вокруг неподвижной Земли), и сравните его с только что найденным значением ускорения под действием силы тяжести Земли.

Стратегия для (а)

Этот расчет аналогичен расчету ускорения силы тяжести на поверхности Земли, за исключением того, что это расстояние от центра Земли до центра Луны. Радиус почти круговой орбиты Луны составляет 3,84×108 м3,84×108 м.

Решение для (a)

Подстановка известных значений в выражение для gg, найденное выше, с учетом того, что MM — это масса Земли, а не Луны, дает (3,84×108м)2=2,70×10-3м/с.2g=GMr2=6,67×10-11Н⋅м2кг2×5,98×1024 кг(3,84×108 м)2=2,70×10−3 м/с.2

6,46

Стратегия для (b)

Центростремительное ускорение может быть рассчитано с использованием любой формы

ac=v2rac=rω2}.ac =v2rac=rω2}.

6,47

Мы решили использовать вторую форму:

ac=rω2,ac=rω2,

6,48

, где ωω — угловая скорость Луны относительно Земли.

Решение для (b)

Учитывая, что период (время, необходимое для совершения одного полного оборота) орбиты Луны составляет 27,3 дня, (d) и используя

1 d×24ч×60минч×60смин=86400 с1 d×24ч×60минч×60смин=86400 с

6,49

мы видим, что 2,66 × 10–6 рад.

6,50

Центростремительное ускорение равно

ac=rω2=(3,84×108м)(2,66×10-6рад/с)2=2,72×10-3м/с. ×10−6рад/с)2=2,72×10−3м/с.2

6,51

Ускорение направлено к центру Земли.

Обсуждение

Центростремительное ускорение Луны, найденное в (b), отличается менее чем на 1% от ускорения земного притяжения, найденного в (a). Это согласие является приблизительным, потому что орбита Луны слегка эллиптическая, а Земля не является стационарной (скорее, система Земля-Луна вращается вокруг своего центра масс, который расположен примерно на 1700 км ниже поверхности Земли). Явный вывод состоит в том, что гравитационная сила Земли заставляет Луну вращаться вокруг Земли.

Почему Земля не остается неподвижной, когда Луна вращается вокруг нее? Это связано с тем, что, как и ожидалось из третьего закона Ньютона, если Земля воздействует на Луну, то Луна должна оказывать на Землю равную и противоположную силу (см. рис. 6.20). Мы не ощущаем влияние Луны на движение Земли, потому что гравитация Луны перемещает наши тела вместе с Землей, но на Земле есть и другие признаки, которые ясно показывают влияние гравитационной силы Луны, как обсуждалось в книге «Спутники и законы Кеплера: аргумент в пользу Простота.

Рисунок 6.20 а) Земля и Луна вращаются примерно раз в месяц вокруг своего общего центра масс. (b) Их центр масс вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, но путь Земли вокруг Солнца имеет «изгибы». Подобные колебания на траекториях звезд наблюдались и считаются прямым свидетельством того, что планеты вращаются вокруг этих звезд. Это важно, потому что отраженный свет планет часто слишком тусклый, чтобы его можно было наблюдать.

Приливы

Океанские приливы — один из хорошо наблюдаемых результатов гравитации Луны, действующей на Землю. Рисунок 6.21 представляет собой упрощенный рисунок положения Луны относительно приливов. Поскольку вода легко течет по поверхности Земли, прилив создается на стороне Земли, ближайшей к Луне, где гравитационное притяжение Луны сильнее всего. Почему на противоположной стороне Земли также бывает прилив? Ответ заключается в том, что Земля притягивается к Луне больше, чем вода на дальней стороне, потому что Земля ближе к Луне. Таким образом, вода на стороне Земли, ближайшей к Луне, отрывается от Земли, а Земля отрывается от воды на дальней стороне. Когда Земля вращается, приливная выпуклость (воздействие приливных сил между вращающимся вокруг естественным спутником и основной планетой, вокруг которой он вращается) сохраняет свою ориентацию относительно Луны. Таким образом, в день бывает два прилива (фактический период прилива составляет около 12 часов 25,2 минуты, потому что Луна также движется по своей орбите каждый день).

Рисунок 6.21 Луна вызывает океанские приливы, притягивая воду на ближней стороне больше, чем Землю, и притягивая Землю больше, чем воду на дальней стороне. Расстояния и размеры не в масштабе. Для этого упрощенного представления системы Земля-Луна в любом месте в день бывает два прилива и два отлива, потому что Земля вращается под приливной выпуклостью.

Солнце также влияет на приливы, хотя его влияние примерно вдвое меньше, чем у Луны. Однако самые большие приливы, называемые весенними приливами, происходят, когда Земля, Луна и Солнце выстраиваются на одной линии. Наименьшие приливы, называемые квадратными приливами, возникают, когда Солнце находится на 9°.Угол 0º90º относительно выравнивания Земля-Луна.

Рисунок 6.22 (а, б) весенние приливы: самые высокие приливы возникают, когда Земля, Луна и Солнце выровнены. (c) Квадратный прилив: Самые низкие приливы возникают, когда Солнце находится под углом 90º90º к выравниванию Земли и Луны. Обратите внимание, что этот рисунок выполнен не в масштабе.

Приливы и отливы характерны не только для Земли, но и для многих астрономических систем. Самые экстремальные приливы возникают там, где гравитационная сила наиболее сильна и изменяется наиболее быстро, например вблизи черных дыр (см. рис. 6.23). В нашей галактике наблюдалось несколько вероятных кандидатов в черные дыры. Они имеют массу больше, чем у Солнца, но имеют диаметр всего несколько километров в поперечнике. Приливные силы вблизи них настолько велики, что могут фактически оторвать материю от звезды-компаньона.

Рисунок 6.23 Черная дыра — это объект с такой сильной гравитацией, что даже свет не может вырваться из нее. Эта черная дыра была создана сверхновой одной звезды в двухзвездной системе. Приливные силы, создаваемые черной дырой, настолько велики, что отрывают материю от звезды-компаньона. Это вещество сжимается и нагревается по мере того, как оно всасывается в черную дыру, создавая свет и рентгеновские лучи, наблюдаемые с Земли.

«Невесомость» и микрогравитация

В отличие от огромной гравитационной силы вблизи черных дыр существует явное гравитационное поле, с которым сталкиваются астронавты на орбите Земли. Как действует «невесомость» на космонавта, который месяцами находится на орбите? Или как насчет влияния невесомости на рост растений? Невесомость не означает, что на космонавта не действует гравитационная сила. На орбите космонавта нет «невесомости». Этот термин просто означает, что космонавт находится в свободном падении, ускоряясь с ускорением за счет силы тяжести. Если трос лифта порвется, пассажиры внутри окажутся в свободном падении и ощутят невесомость. Вы можете испытывать короткие периоды невесомости на некоторых аттракционах в парках развлечений.

Рисунок 6.24 Астронавты испытывают невесомость на борту Международной космической станции. (кредит: НАСА)

Микрогравитация относится к среде, в которой кажущееся результирующее ускорение тела мало по сравнению с ускорением, создаваемым Землей на ее поверхности. Многие интересные темы биологии и физики были изучены за последние три десятилетия в условиях микрогравитации. Непосредственное беспокойство вызывает влияние на астронавтов длительного пребывания в открытом космосе, например, на Международной космической станции. Исследователи заметили, что в такой среде мышцы атрофируются (истощаются). Существует также соответствующая потеря костной массы. Продолжаются исследования адаптации сердечно-сосудистой системы к космическому полету. На Земле кровяное давление обычно выше в ногах, чем в голове, потому что более высокий столб крови оказывает на него нисходящую силу из-за гравитации. Когда вы стоите, 70% вашей крови находится ниже уровня сердца, а в горизонтальном положении происходит прямо противоположное. Какое значение имеет отсутствие этого перепада давления для сердца?

Некоторые открытия в области физиологии человека в космосе могут иметь клиническое значение для лечения заболеваний на Земле. С другой стороны, известно, что космический полет влияет на иммунную систему человека, что, возможно, делает членов экипажа более уязвимыми к инфекционным заболеваниям. Эксперименты в космосе также показали, что некоторые бактерии растут быстрее в условиях микрогравитации, чем на Земле. Тем не менее, исследования показывают, что производство микробных антибиотиков может увеличиться в два раза в культурах, выращенных в космосе. Можно надеяться, что удастся понять эти механизмы, чтобы можно было добиться аналогичных успехов на местах. В другой области физических космических исследований в космическом пространстве были выращены неорганические кристаллы и белковые кристаллы, которые имеют гораздо более высокое качество, чем любые, выращенные на Земле, поэтому кристаллографические исследования их структуры могут дать гораздо лучшие результаты.

Растения эволюционировали под воздействием силы тяжести и с помощью датчиков силы тяжести. Корни растут вниз, а побеги растут вверх. Растения могли бы обеспечить систему жизнеобеспечения для длительных космических миссий, восстанавливая атмосферу, очищая воду и производя пищу. Некоторые исследования показали, что гравитация не влияет на рост и развитие растений, но все еще существует неопределенность в отношении структурных изменений растений, выращенных в условиях микрогравитации.

Эксперимент Кавендиша: тогда и сейчас

Как отмечалось ранее, универсальная гравитационная постоянная GG определяется экспериментально. Это определение впервые было точно сделано Генри Кавендишем (1731–1810), английским ученым, в 1798 году, более чем через 100 лет после того, как Ньютон опубликовал свой универсальный закон всемирного тяготения. Измерение GG является очень простым и важным, поскольку оно определяет силу одной из четырех сил в природе. Эксперимент Кавендиша был очень трудным, потому что он измерил крошечное гравитационное притяжение между двумя массами обычного размера (не более десятков килограммов) с помощью прибора, подобного показанному на рис. 6.25. Примечательно, что его значение для GG отличается менее чем на 1% от лучшего современного значения.

Одним из важных следствий знания GG было то, что, наконец, можно было получить точное значение массы Земли. Это было сделано путем измерения ускорения свободного падения с максимально возможной точностью, а затем вычисления массы Земли MM из соотношения, которое дает универсальный закон всемирного тяготения Ньютона

.

mg=GmMr2,mg=GmMr2,

6,52

где mm — масса объекта, MM — масса Земли, rr — расстояние до центра Земли (расстояние между центрами масс объект и Земля). См. Рисунок 6.18. Масса mm объекта сокращается, остается уравнение для gg:

г=GMr2.g=GMr2.

6,53

Перестановка для решения ММ дает

М=гр2Г.М=гр2Г.

6,54

Таким образом, ММ можно рассчитать, поскольку все величины справа, включая радиус Земли rr, известны из прямых измерений. В книге «Спутники и законы Кеплера: аргумент в пользу простоты» мы увидим, что знание GG также позволяет определять астрономические массы. Интересно, что из всех фундаментальных констант в физике GG наименее точно определена.

Эксперимент Кавендиша также используется для изучения других аспектов гравитации. Один из самых интересных вопросов заключается в том, зависит ли сила гравитации от вещества, а также от массы — например, оказывает ли один килограмм свинца такое же гравитационное притяжение, как один килограмм воды. Венгерский ученый по имени Роланд фон Этвёш начал это исследование в начале 20-го века. Он обнаружил с точностью до пяти частей на миллиард, что гравитационная сила не зависит от вещества. Такие эксперименты продолжаются и сегодня, и они улучшили измерения Этвеша. Эксперименты типа Кавендиша, такие как эксперименты Эрика Адельбергера и других в Вашингтонском университете, также наложили серьезные ограничения на возможность существования пятого взаимодействия и подтвердили главное предсказание общей теории относительности — гравитационная энергия вносит свой вклад в массу покоя. В текущих измерениях используются крутильные весы и параллельная пластина (а не сферы, как использовал Кавендиш), чтобы изучить, как закон тяготения Ньютона работает на субмиллиметровых расстояниях. Отклоняются ли гравитационные эффекты от закона обратных квадратов на таком мелком масштабе? Пока никаких отклонений не наблюдается.

Рисунок 6,25 Кавендиш использовал подобный прибор для измерения гравитационного притяжения между двумя подвешенными сферами (мм) и двумя на подставке (ММ), наблюдая за величиной кручения (скручивания), создаваемого волокном. Расстояние между массами можно варьировать, чтобы проверить зависимость силы от расстояния. Современные эксперименты этого типа продолжают исследовать гравитацию.

Быстрая связь между гравитационными силами и транскриптомом в миеломоноцитах U9 человека37 ячеек

Abstract

Гравитационная сила была постоянной на протяжении всей истории эволюции Земли. Поскольку клеточное ядро ​​подвергается постоянным силам, вызванным гравитацией Земли, мы обратились к вопросу, постоянно ли гомеостаз экспрессии генов формируется гравитационной силой на Земле. Поэтому мы исследовали транскриптом в бессиловых условиях микрогравитации, определили временные рамки начальной передачи силы гравитации в транскриптом и оценили роль катионных каналов. Мы объединили эксперимент по параболическому полету с экспериментом по суборбитальной баллистической ракете с использованием миеломоноцитарной клеточной линии человека U9.37 и проанализировали транскрипцию всего гена с помощью микрочипа, используя строгий контроль для исключения эффектов, не связанных с силой гравитации, и перекрестную проверку в рамках двух полностью независимых исследовательских кампаний. Эксперименты с ингибитором ионных каналов широкого спектра действия SKF-96365 в сочетании с анализом всего транскриптома были проведены для изучения функциональной роли ионных каналов в передаче гравитационных сил на интегративном уровне. Мы обнаружили глубокие изменения в транскриптоме уже после 20-секундного пребывания в условиях микрогравитации или гипергравитации. В условиях микрогравитации 99,43% всех изначально измененных транскриптов адаптировались через 5 мин. В условиях гипергравитации 98,93% всех изначально измененных транскриптов адаптировались через 75 с. Только 2,4% всех транскриптов, регулируемых микрогравитацией, были чувствительны к ингибитору катионных каналов SKF-96365. Межплатформенное сравнение дифференциально регулируемых транскриптов выявило 57 аннотированных гравитационно-чувствительных транскриптов. Мы предполагаем, что гравитационные силы быстро и постоянно передаются в ядро ​​как вездесущее условие структуры ядра и хроматина, а также гомеостаза экспрессии генов.

Введение

Сила гравитации была постоянной на протяжении 4 миллиардов лет эволюционной истории Земли ¹ и сыграла решающую роль в эволюционном расширении организмов ² . Вся земная жизнь приспособилась к этой фундаментальной силе, развивая структуры и функции на уровне организмов, тканей, клеток и молекулярных систем ³ , вероятно, включая ядро, организацию хроматина и экспрессию генов ⁴ . В то время как клеточные структуры подвергаются постоянной силовой передаче в гравитационном поле Земли, было продемонстрировано, что среда низкой силы микрогравитации оказывает глубокое воздействие на клеточном и молекулярном уровне ⁵ . Гравитационные силы могут испытываться отдельной клеткой в ​​целом ⁶ и преобразовываться в виде физической силы в субклеточные структуры через клеточную ^6,7,8 и ядерную архитектуру ^9,10,11 , изменяя ядерную пластичность, хроматин организация и доступность, а затем экспрессия генов ^{12,13,14,15,16} . Небольшие силы в диапазоне низких пиконьютонов могут, наконец, вызвать ядерную механотрансдукцию ¹⁷ , а силовая трансдукция в хроматин может произойти в течение секунд ¹² . Таким образом, ядро ​​подвергается постоянным малым прямым или косвенным ¹⁸ силам, индуцированным гравитацией Земли, что ставит фундаментальный вопрос, постоянно ли гомеостаз экспрессии генов формируется гравитационной силой на Земле.

Только эксперименты в условиях микрогравитации позволяют исследовать экспрессию генов в бессиловых условиях и, следовательно, способствуют выяснению роли земной гравитации в гомеостазе экспрессии генов, а исследования с временным разрешением помогут оценить адаптационный потенциал в измененной гравитационной среде. Исследования экспрессии генов на основе микрочипов ранее проводились с Т-клетками или линиями Т-клеток в моделируемой микрогравитации ^19,20,21,22 , в космических экспериментах ^23,24,25 и с лимфатической тканью космических животных ^26,27 . В результате измененная экспрессия микроРНК в моделируемых условиях микрогравитации ²¹ коррелировала с характером экспрессии гена фактора транскрипции Rel ²¹ , который был идентифицирован как регулятор экспрессии гена, зависящий от микрогравитации, в эксперименте космического полета ²⁴ . Предыдущие исследования экспрессии генов в условиях измененной гравитации в основном представляли собой измерения конечной точки после периодов времени в несколько часов или дольше в условиях микрогравитации и были сосредоточены на идентификации конкретных генов, реагирующих на гравитацию. Поскольку экспрессия генов очень быстро реагирует на изменение гравитации в течение или менее минут ^28,29 и преобразование силы в хроматин требует всего секунд ¹² , первоначальные механизмы могут быть изучены в минутном диапазоне, где доступны различные микрогравитационные платформы (параболические полеты, суборбитальные баллистические ракеты) для многоплатформенного анализа на интегративном уровне ^4,29 .

Таким образом, мы недавно исследовали динамику реакции экспрессии генов на различные гравитационные условия в Т-лимфоцитах человека Jurkat во время параболического полета и суборбитальных ракетных экспериментов ^4,29 , идентифицировали гены, регулируемые гравитацией, но также выявили общую высокую стабильность экспрессии генов в условиях микрогравитации ⁴ . Эксперименты с клетками иммунной системы касаются не только фундаментальных биологических вопросов о влиянии гравитации на клеточный гомеостаз, но и важного медицинского риска длительных пилотируемых космических миссий исследовательского класса, требующих смягчения последствий ³⁰ . Таким образом, иммунная система относится к наиболее пострадавшим системам во время космического полета (обзор в) ^31,32,33 и чувствительность клеток иммунной системы человека к пониженной гравитации подтверждена в многочисленных исследованиях в условиях реальной и моделируемой микрогравитации на Т-лимфоцитах и ​​клетках моноцитарно-макрофагальной системы (ММС) ^{33,34, 35,36,37,38,39} , но и указали на наличие быстрой клеточной адаптации ³⁸ . Поэтому в этом исследовании мы сосредоточились на первых и начальных событиях транскриптома в клетках MMS. Из-за оперативных ограничений проводимых экспериментальных миссий мы использовали U9.37 миеломоноцитарных клеток человека, как установлено в ходе других экспериментов в условиях микрогравитации и космоса ^36,37 .

В дополнение к гипотезе прямой передачи силы в хроматин, чувствительные к силе ионные каналы обсуждались как триггерная точка механотрансдукции ^7,8,40,41 в сложные клеточные реакции, такие как экспрессия генов. Макрофаги содержат АТФ-управляемые каналы P2X, депо-управляемые каналы Orai и члены семейства каналов переходного рецепторного потенциала (TRP) катиона (TRPC), которые играют важную роль в воспалении и фагоцитозе ^{42,43,44,45,46,47,48} . Поскольку TRPC1 активируется растяжением ^49,50,51 , он представляет собой кандидата на трансдукцию гравитационных сил в клетках MMS. Эта гипотеза была подтверждена открытием, что у одноклеточного фотосинтетического жгутиконосца Euglena gracilis нокдаун предполагаемого TRP-канала отменил гравитацию ⁵² . Чтобы проверить потенциальную роль ионных каналов и, в частности, каналов TRPC, мы также провели эксперименты с ингибиторами SKF-9.6365, обычно используется для характеристики потенциальных функций каналов TRPC и блокирования потенциалзависимых кальциевых каналов ^53,54 , сарко- и эндоплазматического ретикулуса Ca ²⁺ насосов ^55,56 , потенциалзависимых натриевых токов ^{57, 58} и АТФ-чувствительные и потенциалзависимые калиевые каналы ^58,59 . Следовательно, сочетание широкого спектра ингибирования ионных каналов с анализом всего транскриптома дает возможность изучить функциональную роль ионных каналов в передаче сил гравитации на интегративном уровне.

Целью данного исследования было исследование транскриптома в условиях микрогравитации и гипергравитации без силовых воздействий с использованием различных исследовательских платформ, условий гравитации и временных точек, чтобы идентифицировать потенциальных молекулярных кандидатов на регуляцию генов, реагирующих на силу гравитации, и протестировать роль ионных каналов в гравитационно-зависимой регуляции генов. Наш подход позволил идентифицировать и подтвердить экспрессию генов, регулируемых гравитацией, посредством двух полностью независимых крупномасштабных исследовательских кампаний. Таким образом, транскрипционные изменения, выявленные после обеих кампаний, характеризуются высоким уровнем доказательности благодаря независимым наборам экспериментов в сочетании с независимыми исследовательскими платформами.

Результаты

Во время кампании параболического полета (19 ^th DLR PFC) клетки U937 подвергались 20-секундному воздействию гипергравитации (1,8 g), а затем 20-секундному воздействию микрогравитации во время первого параболического полета, и образцы были получены на конец каждого этапа полета. Контрольные образцы были получены в полете за 5 мин до первой параболы и на земле (табл. 1, рис. 1). В случае суборбитального полета ракеты TEXUS-49 образцы были получены через 75 с после старта после фазы запуска в гипергравитации и до фазы микрогравитации и через 5 минут полета в условиях микрогравитации. Контрольные образцы готовили на земле. Дальнейшие наборы образцов в условиях микрогравитации и на земле были получены в присутствии 25 мкМ SKF-9.6365, ингибитор ионного канала каналов TRPC, потенциалзависимых каналов Ca ²⁺ и калиевых каналов. Для обеих кампаний РНК по меньшей мере из четырех образцов в каждой группе выделяли, метили и гибридизовали на микрочипе.

Таблица 1 Номенклатура экспериментальных групп 19 ^{-го параболического полета} DLR и походов суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49.

Полноразмерная таблица

Рисунок 1

Схема лизиса проб. ( a ) Клетки U937 анализировали в течение 19^{-й параболический полет} DLR. Всего было лизировано четыре группы образцов при определенных g условиях и временных точках: (1) 1 г в полете (1 г IF) за 5 минут до первой параболы, (2) 1,8 г образцов в конце первой параболы после 20 с фазы гипергравитации 1,8 g; эти образцы также служат базой (BL-PFC hyp-g) непосредственно перед фазой микрогравитации, (3) в конце первой параболы после 20  с фазы микрогравитации (мкг) и (4) 1 g аппаратного наземного контроля ( H/W 1 g GC), сразу после полета внутри самолета. ( b ) Ячейки U937 были исследованы во время запуска суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49. В целом, пять групп образцов были лизированы в заданные моменты времени и в условиях g: (1) группа исходного уровня (BL-TX hyp-g) контролировала первые 75 секунд полета после старта, включая гипергравитацию и вибрации, (2) образцы микрогравитации ( мкг) лизировались через 375 с после запуска, что приводило к 300 с в условиях микрогравитации, (3) образцы в условиях микрогравитации лизировались через 375 с после запуска с помощью ингибитора катионных ионных каналов SKF-96365 (мкг SKF), (4) 1   г аппаратного измельчения средства контроля (H/W 1 g GC) лизируются примерно через 15 мин после запуска и (5) 1 g аппаратных наземных средств управления с помощью SKF-96365 (H/W 1 г GC SKF) лизировался примерно через 15 мин после запуска. ( c ) Экспериментальная аппаратура параболического полета (19 ^th DLR PFC). Система летных экспериментов для параболических полетов на борту Airbus A300 ZERO-G. Аппаратная конструкция эксперимента, состоящая из стеллажа-инкубатора для хранения контейнеров с клетками при температуре 36,5 °C перед экспериментом (1), стеллажа для эксперимента, в котором размещаются все технические агрегаты для проведения эксперимента и где обрабатываются живые клетки во время измененная гравитация (2) и охлаждающая стойка для хранения всех контейнеров с клетками при 4 °C после введения лизирующего раствора до посадки (3). ( d ) Экспериментальная аппаратура суборбитальной баллистической ракеты (TEXUS-49). TEXUS состоит из двигателя VSB-30 (не показан) и полезной нагрузки. Наборы из трех стерильных шприцев заполняли клеточной суспензией, средой с SKF-96365 или без нее и буфером для лизиса, соединенными тройником с небольшими заглушками на выходных отверстиях для предотвращения преждевременного контакта жидкостей. Шприцевые системы размещаются в закаленных и устойчивых к вакууму контейнерах (показаны).

Полноразмерное изображение

Быстрые и обширные изменения транскриптома после 20 секунд изменения гравитации

Во время первой параболы в эксперименте по параболическому полету транскриптом клеток U937 человека быстро отреагировал в течение 20 секунд гипергравитации общим числом 17 998 (17 228 аннотировано) (BL -PFC hyp-g по сравнению с H/W 1 g GC) дифференциально регулируемые транскрипты. После последующей первой фазы микрогравитации 11810 (11361 аннотированных) транскриптов (мкг по сравнению с H/W 1 г GC) были дифференциально экспрессированы, что в 2,7 раза больше, чем 429.3 (4165 аннотированных) транскриптов, которые были изменены исключительно в результате условий полета без изменения силы тяжести (сравнение 1  г IF с H/W 1  г GC, таблица 2).

Таблица 2 Числа дифференциально экспрессированных транскриптов в сравнении опытных групп 19 ^-го -го параболического полета DLR.

Полный размер таблицы

После исключения всех транскриптов, уже измененных из-за условий полета (сравнение 1 g IF с H/W 1 g GC), мы выявили 10345 аннотированных транскриптов, чувствительных к гипергравитации. В фазе микрогравитации (мкг по сравнению с BL-PFC hyp-g) мы идентифицировали 1715 аннотированных транскриптов, чувствительных к микрогравитации (таблица 2, таблица 3 и рис. 2). Шесть транскриптов по-разному экспрессировались в том же направлении в фазе микрогравитации, что и в фазе гипергравитации, и поэтому были удалены, чтобы исключить потенциальные длительные эффекты, что привело к 1709дифференциально регулируемые транскрипты (таблица 3 и рис. 2). Изменение кратности экспрессии (FC) для чувствительных к гипергравитации транскриптов находилось в диапазоне от +4,68 (повышающая регуляция) до -7,8 (понижающая регуляция) со средними значениями +1,97 и -1,79 соответственно. Изменение кратности экспрессии (FC) для транскриптов, чувствительных к микрогравитации, находилось в диапазоне от +3,35 (повышающая регуляция) до -2,66 (понижающая регуляция) со средними значениями +1,52 и -1,58 соответственно (таблица 3).

Рисунок 2

Дифференциально регулируемые транскрипты (и аннотированные транскрипты) в миеломоноцитарных клетках U937 человека во время кампании 19 ^th DLR Parabolic Flight. Отображаются различные сравнения и результирующие пересечения транскриптов, чувствительных к гипергравитации и микрогравитации. Изменение кратности ≤−1,3 и ≥+1,3, p < 0,05.

Изображение в натуральную величину

Таблица 3 Числа транскриптов, которые дифференциально экспрессируются в ответ на измененные гравитационные условия в 19 ^{th 903:28 Кампания параболических полетов DLR.}

Полноразмерная таблица

Обширные изменения транскриптома после 75 с гипергравитации и 300 с микрогравитации общее количество 10849 (10556 аннотированных) дифференциально регулируемых транскриптов (сравнение BL-TX hyp-g с H/W 1 g GC, таблица 4, рис. 3). После последующей 300-секундной фазы микрогравитации 4783 (4668 аннотированных) транскриптов были дифференциально экспрессированы (мкг по сравнению с BL-TX hyp-g, таблица 4), что в 2,3 раза меньше, чем количество дифференциально экспрессируемых транскриптов в условиях гипергравитации. 1291 (1247 аннотированных) транскриптов по-разному экспрессировались в условиях микрогравитации по сравнению с наземной контрольной группой H/W 1 g (таблица 4). Один единственный транскрипт по-разному экспрессировался в одном и том же направлении в условиях гипергравитации (BL-TX hyp-g по сравнению с H/W 1 g GC) и в условиях микрогравитации (мкг по сравнению с BL-TX hyp-g) и поэтому был исключен, чтобы исключить потенциальные затяжные эффекты.

, в результате чего было получено 4667 аннотированных транскриптов, контролируемых базовой линией (BL), чувствительных к микрогравитации (таблица 5 и рис. 3a). Изменение кратности экспрессии (FC) находилось в диапазоне от +8,85 (повышающая регуляция) до -3,38 (понижающая регуляция) со средними значениями +2,11 и -1,68 соответственно для транскриптов, чувствительных к гипергравитации, и между +7,23 (повышающая регуляция). регуляция) и -3,26 (понижающая регуляция) со средними значениями +1,85 и -1,71 соответственно для транскриптов, чувствительных к микрогравитации (таблица 5).

Таблица 4 Количество дифференциально выраженных транскриптов в сравнении экспериментальных групп суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49.

Полноразмерная таблица

Рисунок 3

Дифференциально регулируемые транскрипты (и аннотированные транскрипты) в миеломоноцитарных клетках человека U937 во время суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49. ( a ) Отображаются различные сравнения и результирующие пересечения транскриптов, чувствительных к гипергравитации и микрогравитации. ( b ) Анализ влияния блокатора катионных ионных каналов SKF-96365 на экспрессию генов, регулируемую микрогравитацией. Изменение кратности ≤−1,3 и ≥+1,3, p < 0,05.

Изображение в натуральную величину

Таблица 5 Количество транскриптов, которые по-разному экспрессируются в ответ на измененные гравитационные условия в кампании суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49.

Полноразмерная таблица

Роль SKF-96365-чувствительных ионных каналов в экспрессии генов, регулируемой гравитацией

Поскольку обсуждалось, что чувствительные к силе ионные каналы вызывают преобразование механических сил в сложные клеточные реакции ^7,8,40,41 , мы использовали ингибитор ионных каналов широкого спектра действия SKF-96365 для идентификации зависимого от ионных каналов регулируемого гена. выражение в измененной гравитации. Количество дифференциально экспрессируемых транскриптов с инкубацией и без инкубации с SKF-96365 показано в таблице 6 (сравнения H/W 1 г GC SKF с H/W 1 г GC и мкг SKF с H/W 1 г GC SKF). SKF-96365 оказывает заметное влияние на экспрессию генов: 4920 (4732 аннотированных) транскрипта по-разному регулировались в 1 мкг. В условиях микрогравитации SKF-96365 более чем удвоил количество дифференциально регулируемых генов до 10959 (10413 аннотированных) транскриптов (таблица 6). Дифференциально регулируемые транскрипты теперь были дополнительно проверены соответствующими контрольными экспериментами (таблица 7), и были отобраны только транскрипты, которые были (1) чувствительными к микрогравитации (базовый контроль), (2) дифференциально экспрессировались при сравнении мкг SKF с мкг либо в в одном направлении (усиление эффекта микрогравитации) или в противоположном направлении (обращение эффекта микрогравитации), и (3) которые не были по-разному выражены в 1 г (сравнение H/W 1 г GC SKF-96365 по сравнению с H/W 1 g GC). В общей сложности 13 аннотированных транскриптов показали повышенную чувствительность к микрогравитации, а 99 аннотированных транскриптов показали пониженную чувствительность к микрогравитации в присутствии SKF-96365 (таблица 7, дополнительная таблица 1 и рис. 3b). Изменение кратности экспрессии (FC) находилось в диапазоне от +1,8 (повышающая регуляция) до -1,43 (понижающая регуляция) со средними значениями +1,5 и -1,43 соответственно для аннотированных транскриптов с повышенной чувствительностью к микрогравитации и между +2,04 ( повышающая регуляция) и -4,17 (понижающая регуляция) со средними значениями +1,5 и -1,89соответственно для аннотированных транскриптов с ослабленной чувствительностью к микрогравитации (таблица 7). В заключение, мы можем отнести только 118 (112 аннотированных) из 4782 (4667 аннотированных) транскриптов, регулируемых микрогравитацией, что эквивалентно 2,4%, к гравитационно-индуцированным функциональным эффектам SKF-96365-чувствительных ионных каналов.

Таблица 6 Номера транскриптов, которые по-разному выражены при сравнении экспериментальных групп суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49, содержащей блокатор ионных каналов SKF-96365.

Полноразмерная таблица

Таблица 7 Количество транскриптов, которые по-разному экспрессируются в ответ на измененные гравитационные условия в чувствительной к SKF-96365 манере в кампании суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49.

Полноразмерная таблица

Анализ обогащения онтологии генов

Мы провели анализ обогащения онтологии генов (GO) для интегративной оценки влияния измененной гравитации на клеточные процессы и функции. 20 секунд микрогравитации повлияли на катаболические процессы и транскрипты катионных каналов, тогда как 20 секунд гипергравитации повлияли на репликацию ДНК и процессы, основанные на микротрубочках (дополнительные рисунки S1 и S2). 75 с гипергравитации и 300 с микрогравитации вызвали большее количество пораженных клеточных процессов и функций с частично перекрывающимися аспектами (дополнительные рисунки S3 и S4). 300 с микрогравитации влияли на транскрипты для внутриклеточного транспорта, связывания РНК и ферментов, процессинга мРНК, посттранскрипционной регуляции экспрессии генов, клеточного цикла и деления клеток (дополнительный рисунок S3). 75-секундная гипергравитация влияет на транскрипты метаболических процессов, регуляцию транскрипции, внутриклеточный транспорт, клеточный цикл и деление клеток (дополнительный рисунок S4).

Отсутствие сильного воздействия на пути, связанные с апоптозом/некроптозом, при измененной гравитации

Чтобы исследовать предполагаемые эффекты измененной гравитации на апоптоз ^60,61 , мы провели скрининг наших наборов данных на наличие генов, участвующих в апоптозе и некроптозе, и идентифицировали 553 гена из путей KEGG (Apoptosis — Homo sapiens PATHWAY: hsa04210; Necroptosis — Homo sapiens PATHWAY: hsa04217) и обзора Elmore ⁶² и обнаружили, что пути, связанные с апоптозом/некроптозом, лишь незначительно или совсем не изменяются в условиях микрогравитации (дополнительные таблицы). С2–С5).

Транскрипты в основном активизировались в условиях гипергравитации и подавлялись в условиях микрогравитации

На рис. 4 показано количество дифференциально экспрессируемых генов в экспериментах с параболическим полетом и суборбитальной баллистической ракетой. В то время как повышающая или понижающая регуляция была почти одинаково распределена в дифференциально экспрессируемых транскриптах после 20-секундного изменения силы тяжести (рис. 4а), более длительные периоды гипергравитации приводили в первую очередь к повышающей регуляции транскриптов, а более длительные периоды микрогравитации — к понижающей регуляции транскриптов. (рис. 4б). В случае ингибитора ионных каналов СКФ-96365, усиливая эффект микрогравитации, транскрипты в основном активировались, в случае SKF-96365 обращали эффект микрогравитации, транскрипты были почти поровну распределены между повышающей и понижающей регуляцией (рис. 4c).

Рисунок 4

Распределение транскриптов с дифференциальной экспрессией. ( a ) Транскрипты, чувствительные к гипер- и микрогравитации, идентифицированные для кампании 19 ^th DLR Parabolic Flight. ( b ) Транскрипты, чувствительные к гипер- и микрогравитации, идентифицированные для TEXUS-49Кампания суборбитальной баллистической ракеты ( c ). SKF-96365-зависимые транскрипты, чувствительные к гипер- и микрогравитации.

Изображение в полный размер

Доказательства быстрой контррегуляции первоначально измененных транскриптов

Затем мы проанализировали все транскрипты из экспериментов с параболическим полетом, которые по-разному экспрессировались как в условиях микро-, так и в гипергравитации, и идентифицировали 1602 (1532 аннотированных) транскрипта (рис. 5). Удивительно, но все идентифицированные транскрипты регулировались в противоположном направлении в условиях гипер- и микрогравитации: транскрипты, которые регулировались в условиях гипергравитации, подавлялись в условиях микрогравитации, и наоборот. Ни один из идентифицированных транскриптов не регулировался в одинаковом направлении в условиях гипергравитации и микрогравитации (рис. 5). Мы продолжили этот анализ с данными эксперимента с суборбитальной баллистической ракетой и идентифицировали 3574 (3514 аннотированных) транскриптов (рис. 6), которые по-разному экспрессировались в условиях гипергравитации и в условиях микрогравитации, и выявили одно и то же наблюдение: все транскрипты, кроме одного, экспрессировались также в противоположном направлении в гипер- и микрогравитации соответственно (рис.  6). Из-за характера профилей полета фаза микрогравитации всегда следовала за фазой гипергравитации в обоих летных экспериментах. Поэтому мы исследовали гипотезу о том, что обратно регулируемые транскрипты вызываются контррегуляторными механизмами. По этой причине мы провели кроссплатформенное сравнение фаз гипергравитации и микрогравитации по отдельности и с учетом их разной продолжительности. Мы выявили 2192 (2150 аннотированных) транскриптов, которые были изменены на обеих платформах после 20 и 75 с гипергравитации соответственно. Мы обнаружили, что 2079 (2039 аннотированных) из этих транскриптов регулировались в противоположном направлении, в то время как 113 (111 аннотированных) транскриптов по-разному экспрессировались в том же направлении (рис. 7). Кросс-платформенное сравнение фаз микрогравитации выявило 110 (106 аннотированных) транскриптов, которые были изменены на обеих платформах после 20 и 300 с микрогравитации соответственно. Мы обнаружили, что 98 (97 аннотированных) транскриптов регулировались в противоположном направлении, тогда как 12 (9 аннотированных) транскриптов дифференциально экспрессировались в том же направлении (рис.  8). Это означает, что более 92% чувствительных к микрогравитации аннотированных транскриптов, которые по-разному экспрессировались на обеих платформах, регулировались в противоположных направлениях и, следовательно, адаптируются к новой гравитационной среде путем контррегуляции.

Рисунок 5

Транскрипты, чувствительные к гипер- и микрогравитации, были обратно отрегулированы в 19^-й DLR Parabolic Flight Campaign. ( a ) Диаграмма Венна, показывающая 1602 транскрипта, чувствительных к гипер- и микрогравитации (1532 аннотированных транскрипта). ( b ) Графическое отображение 1602 расшифровок перекрестка. Изменения кратности (FC) представляют собой отношения между средними значениями линейного выражения. Если отношение <1, FC рассчитывается как отрицательная обратная величина отношения.

Изображение в полный размер

Рисунок 6

Транскрипты, чувствительные к гипер- и микрогравитации, обратно регулируются в TEXUS-49суборбитальная баллистическая ракетная кампания. ( a ) Диаграмма Венна, показывающая 3575 транскриптов, чувствительных к гипер- и микрогравитации (3515 аннотированных транскриптов). ( b ) Графическое отображение 3575 транскриптов пересечения, включая один единственный транскрипт, который регулируется в одном направлении. Изменения кратности (FC) представляют собой отношения между средними значениями линейного выражения. Если отношение <1, FC рассчитывается как отрицательная обратная величина отношения.

Полноразмерное изображение

Рисунок 7

Транскрипты, чувствительные к гипергравитации, регулируются обратным образом при сравнении времени воздействия 20 с (19 ^th DLR Parabolic Flight Campaign) и 75 с (кампания суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49). ( a ) Диаграмма Венна, показывающая пересечение чувствительных к гипергравитации расшифровок обеих платформ. ( b ) Графическое отображение транскриптов (аннотированных транскриптов), показывающее, что транскрипты в основном регулируются в противоположном направлении. Только 113 из 2192 транскрипта регулировались в одном направлении. Изменения кратности (FC) представляют собой отношения между средними значениями линейного выражения. Если отношение <1, FC рассчитывается как отрицательная обратная величина отношения. Рисунок 8 ( a ) Диаграмма Венна, показывающая пересечение чувствительных к микрогравитации расшифровок обеих платформ. ( b ) Графическое отображение транскриптов (аннотированных транскриптов), показывающее, что транскрипты в основном регулируются в противоположном направлении. Только 12 из 110 транскриптов регулируются в том же направлении. Изменения кратности (FC) представляют собой отношения между средними значениями линейного выражения. Если отношение <1, FC рассчитывается как отрицательная обратная величина отношения.

Изображение полного размера

Идентификация генов, регулируемых гравитацией

Межплатформенное сравнение всех транскриптов, которые по-разному регулируются в условиях гипер- и микрогравитации, выявило 58 (57 аннотированных) транскриптов. Все эти транскрипты обратно регулировались между двумя гравитационными условиями в пределах одной платформы. Кроме того, все транскрипты, кроме одного, подвергались обратной регуляции в одинаковых условиях гравитации при сравнении обеих платформ (рис. 9)., Таблица 8). Интересно, что одним из этих 57 транскриптов был ATP6V1E1, представляющий вакуолярную H ⁺ -ATPase (V-ATPase), уже идентифицированную ранее как ген, регулируемый гравитацией, в T-клетках Jurkat человека ²⁹ .

Рисунок 9

Транскрипты с двойной чувствительностью к гипер- и микрогравитации, идентифицированные для 19-й кампании ^-го DLR Parabolic Flight и кампании суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49. ( a ) Диаграмма Венна, показывающая пересечение двух чувствительных к гипер- и микрогравитации транскриптов обеих платформ. ( b ) Графическое отображение транскриптов (аннотированных транскриптов), показывающее, что транскрипты регулируются в противоположном направлении между измененными гравитационными условиями в пределах одной платформы и между платформами. Только один транскрипт (стрелка) регулировался в одном направлении на обеих платформах. Изменения кратности (FC) представляют собой отношения между средними значениями линейного выражения. Если отношение <1, FC рассчитывается как отрицательная обратная величина отношения.

Изображение полного размера

Таблица 8 Дифференциально регулируемые аннотированные стенограммы, идентифицированные для наборов данных кампании параболического полета и ракеты-зонда.

Полный размер таблицы

Почти полная адаптация изначально дифференциально измененных транскриптов

Временной ход дифференциально регулируемых транскриптов в условиях гипергравитации показан на рис. 10, а в условиях микрогравитации на рис. 56,59%) вообще не изменились. Из 10345 первоначально измененных транскриптов через 20 с только 111 транскриптов (1,07%) изменились в том же направлении через 75 с, тогда как 10234 транскрипта (98,92%) адаптированы. 6488 транскриптов (16,72%) были изменены после 75 с, но не после 20 с гипергравитации. В условиях микрогравитации общее количество 33441 транскриптов (86,22%) вообще не изменилось. Из 1582 изначально измененных транскриптов через 20 с только 9 транскриптов (0,56%) изменились в том же направлении через 300 с, тогда как 1573 транскрипта (99,43%) адаптировались. 3759 транскриптов (9,69%) были изменены после 300 с, но не после 20 с микрогравитации. Девять неадаптирующихся к микрогравитации транскриптов представляли собой фактор транскрипции AKNA, гистон-связывающий репрессор транскрипции L3MBTL2, белок цитоскелета TLN1, внутриклеточный транспортный белок VPS29., рецепторная тирозинкиназа EPHA6, участвующая в путях регуляции RhoA, рецептороподобный Fc FCRLM1, регулятор биосинтеза фосфатидилхолина PCYT1B и РНК-связывающий белок LOC643980 (таблица 9). Таким образом, в наших экспериментах, которые проводились на двух разных экспериментальных платформах (параболический полет 19 ^th DLR и суборбитальная баллистическая ракета TEXUS-49), мы обнаружили значительное количество дифференциально регулируемых транскриптов уже после 20 с микрогравитации. или гипергравитации. В условиях микрогравитации 99,43% всех изначально измененных транскриптов адаптировались через 5 мин. В условиях гипергравитации 98,93% всех изначально измененных транскриптов адаптировались через 75 с. Таким образом, мы определили два пула измененных транскриптов: первый, который ответил через несколько секунд и адаптировался не позднее чем через 5 минут, и второй, который появился по крайней мере через 5 минут измененной гравитации.

Рисунок 10

Динамика дифференциальной экспрессии генов в условиях гипергравитации. Миеломоноцитарные клетки человека U937 подвергались воздействию гипергравитации в течение 20 и 75 с. Показаны количества аннотированных транскриптов, сгруппированных в соответствии с их регулированием после двух экспозиций. Непрерывный ответ означает, что аннотированный транскрипт либо активируется, либо подавляется в обе временные точки. Адаптация – это либо исчезновение эффекта гипергравитации, либо регуляция в обратном направлении через 75 с. Поздняя реакция — это регуляция, которая появляется только через 75 с. Большинство транскриптов не реагировали на гипергравитацию в обе временные точки.

Изображение в полный размер

Рисунок 11

Динамика дифференциальной экспрессии генов в условиях микрогравитации. Человеческие миеломоноцитарные клетки U937 подвергались воздействию микрогравитации в течение 20 и 300 с. Показаны количества аннотированных транскриптов, сгруппированных в соответствии с их регулированием после двух экспозиций. Непрерывный ответ означает, что аннотированный транскрипт либо активируется, либо подавляется в обе временные точки. Адаптация – это либо исчезновение эффекта микрогравитации, либо регуляция в обратном направлении через 300 с. Поздняя реакция — это регуляция, которая появляется только через 300 с. Большинство транскриптов не реагировали на микрогравитацию в обе временные точки.

Изображение полного размера

Таблица 9 Дифференциально регулируемые аннотированные расшифровки в условиях микрогравитации, выявленные в 19-м параболическом полете ^-го DLR и в кампаниях суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49.

Полная таблица

Дискуссия

Быстрый ответ транскриптома на измененную гравитацию и потенциально чувствительные к гравитации клеточные структуры испытать гравитацию

⁶³ . Однако, поскольку вес отдельных клеток нормального размера размером 10  мкм слишком мал по сравнению с другими клеточными силами для прямого «ощущения» вектора гравитации ¹⁸ , гравитация, таким образом, может быть «ощущена» косвенно, по крайней мере, как величина гравитации индуцированные силы веса, окружающие ткани и жидкости ¹⁸ . На протяжении десятилетий возник вопрос о механизме, с помощью которого гравитационная сила передается в биологический процесс ⁶⁴ , но редко рассматривался в экспериментальных подходах. В совсем недавнем обзоре о восприятии гравитации у эукариот ⁶⁵ , обсуждалось восприятие гравитации цитоскелетными процессами и механочувствительными ионными каналами, но представленные теории о передаче гравитационной силы в клетках млекопитающих до сих пор не подтверждены экспериментально. Поэтому мы использовали мультиплатформенный подход для определения периода времени между изменением гравитационной силы и реакцией транскриптома, а также исследовали роль ионных каналов в регуляции транскриптома, индуцированной гравитационной силой. Мы смогли обнаружить глубокие изменения в транскриптоме уже через 20 с после начала действия измененной гравитационной силы. Следовательно, предшествующие гипотетические процессы трансдукции должны быть достаточно быстрыми, чтобы вызвать изменения транскриптома в течение 20 с после силового изменения. Поэтому мы собрали скорости трансдукции потенциальных процессов трансдукции: было показано, что деконденсация ДНК происходит в течение времени от минут до часов ⁶⁶ , связывание фактора транскрипции занимает пару секунд ⁶⁷ , а скорость элонгации РНК-полимеразы II колеблется от 0,37 кб/мин ⁶⁸ до 4,3 кб/мин ⁶⁹ со средней скоростью 2,1. кб/мин ⁶⁸ . Были рассчитаны теоретические скорости даже выше 50 кб/мин ⁷⁰ . Следовательно, значительные изменения транскрипции, вызванные транскрипцией, теоретически возможны через 20 с, если (1.) определенные области хроматина уже деконденсированы и (2.) предшествующий сигнальный каскад требует всего секунд. Такие высокие скорости трансдукции уже были продемонстрированы для процессов прямой механотрансдукции в ядро ​​ ^17,71,72 .

Пути биохимической механотрансдукции

Биохимическая механотрансдукция может происходить посредством восприятия основных сигналов матрикса через белки фокальной адгезии и цитоскелет ^73,74,75 , что приводит к активации различных транскрипционных факторов, таких как YAP/TAZ ^{76 ,77,78,79} , SRF/MRTF-A ^80,81 , NF-kappaB ⁸² и JMY ⁸³ и коактиваторы транскрипции ^84,85 для регуляции экспрессии генов. Интересно, что сайты связывания SRF присутствуют в промоторах большинства генов, ингибируемых в Т-клетках, активированных в условиях микрогравитации ²⁴ . Таким образом, механоощущение на плазматической мембране приводит к нисходящему ядерно-цитоплазматическому перемещению различных регуляторов транскрипции ^-17-. Таким образом, силовая передача при активации факторов транскрипции очень хорошо описана и является потенциальной причиной быстрой реакции транскриптома на изменение гравитации, но требует 10 мин или более в ядро ​​ ^86,87 , вероятно, недостаточно быстро, чтобы объяснить быстрые изменения транскриптома после 20 с. В этом контексте эксперименты с ингибитором каналов TRPC SKF-96365 показали, что только очень небольшая доля всех обнаруженных изменений транскриптома, вызванных гравитацией, может быть отнесена к этому типу ионных каналов.

Процессы транскрипционной или посттранскрипционной регуляции после быстрой механической трансдукции

Быстрые изменения транскриптома могут быть инициированы также на посттранскрипционном уровне: РНК-связывающие белки (RBP) связывают зрелую мРНК и оказывают важные регуляторные эффекты на стабильность и трансляцию мРНК. RBP могут либо способствовать деградации мРНК, как в случае AUF1 или TTP, сокращая период полужизни мРНК, либо они способствуют стабильности мРНК, подобно HuR, увеличивая период полужизни мРНК. Более того, было показано, что RBPs работают совместно с miRNAs, чтобы регулировать оборот мРНК. Например, HuR способен рекрутировать let-7/RISC для ингибирования трансляции мРНК c-MYC ⁸⁸ и конкурирует с miR-494 и miR-548c-3p за связывание нуклеолина и мРНК TOP2A соответственно ^89,90 . Было обнаружено, что RBP связаны с цитоскелетом ^91,92 и играют критические роли в локализации мРНК ⁹³ . Кроме того, было замечено, что связывание внеклеточного матрикса с интегринами на клеточной поверхности и механическое натяжение индуцируют движение мРНК к фокальным адгезиям ^-94-. Эти данные свидетельствуют о том, что механические стимулы действуют на функцию RBP и, следовательно, на регуляцию мРНК. Было обнаружено, что трансляционно репрессированные мРНК накапливаются в клеточных структурах, называемых P- или GW-тельцами, где они деградируют ^95,96 . Альтернативно, мРНК может храниться в ответ на стрессовые условия в цитоплазматических агрегатах, называемых стрессовыми гранулами (SGs) ⁹⁷ . В Р-тельцах повышено содержание белков, играющих важную роль в деаденилировании, декапировании и деградации РНК. Интересно, что мы идентифицировали 5′-3′ экзорибонуклеазу xrn1, представляющую ключевую роль в процессе клеточной деградации мРНК, которая по-разному регулируется при воздействии измененной гравитации. Кроме того, несколько других генов, участвующих в сплайсинге РНК, регуляции транскрипции и процессинге РНК, оказались очень чувствительными к гравитационным изменениям. миРНК, дифференциальная экспрессия которых недавно была обнаружена после 20 с микрогравитации в Т-клетках Jurkat ²⁹ , по-видимому, подавляют трансляцию и способствуют распаду путем рекрутирования компонентов P-тела на индивидуальные мРНК ⁹⁵ . SG и P-тела имеют общие белковые компоненты и могут быть обнаружены в непосредственной близости от клетки, возможно, меняя свою нагрузку ^98,99 . Согласно гипотетической модели Wilczynska et al., клетки реагируют на стресс блоком трансляции или репрессией трансляции, включая хранение мРНК в стрессовых гранулах. SG могут либо вернуться, когда клетка адаптируется к ситуации или достигнет нормальных условий, либо мРНК могут деградировать ⁹⁹ . Клеточная пауза синтеза белка, вызванная стрессовыми условиями окружающей среды (тепло, УФ-облучение, осмотическое давление и т. д.), важна для того, чтобы клетка сосредоточилась на процессах восстановления, например. из-за повреждения ДНК. Трансляционный стресс, который следует за стрессом окружающей среды, очень специфичен для разных типов генов. В то время как некоторые выбранные группы РНК стабилизируются, другие дестабилизируются и деградируют ¹⁰⁰ . В гипотетической модели, представленной Андерсоном и Кедершей ^97,101 показано, что сортировка мРНК в SG или P-тела является обратимой, а это означает, что оставшиеся РНК могут вернуться к полисомной фракции после того, как клетка снова достигнет равновесия. Этот процесс перераспределения происходит быстро, и было измерено время челночного перемещения в и из SG с периодом полураспада от 2 до 8 секунд ⁹⁸ . Следовательно, значительные изменения транскриптома, вызванные SG-телами, теоретически возможны через 20 с, если для предшествующего сигнального каскада в цитоплазму требуется всего несколько секунд.

В заключение, несмотря на то, что процессы биохимической передачи силы вряд ли объясняют быстрый ответ транскриптома, все гипотетические механизмы, такие как регуляция транскрипции, RBP или регуляция на основе P-тела или SG, достаточно быстры только в том случае, если за ними следует быстрая механическая трансдукция либо в ядро или в цитоплазму длительностью в диапазоне микросекунд ⁷¹ . Чтобы объяснить, как клетки могут не только ощущать, но и пространственно передавать физические силы на соответствующие расстояния, модель «тенсегрити» архитектуры цитоскелета предполагает, что компоненты цитоскелета взаимосвязаны с определенным уровнем предварительного напряжения растяжения, устанавливаемого балансом сил между внеклеточные спайки, сократительные микрофиламенты и микротрубочки ^6,8,102 . Эта архитектура не только обеспечивает стабильность формы клетки, но также подразумевает, что силы натяжения распространяются по всей тенсегрити-структуре, которая включает внутриклеточные структуры ^102,103,104 . Распространение стресса вдоль цитоскелетных филаментов занимает всего 2 мкс, чтобы преодолеть 50 мкм, тогда как биохимическая передача сигналов на основе диффузии через цитозоль требует секунд, чтобы преодолеть то же расстояние ⁷¹ .

Цепи быстрой передачи силы на хроматин через цитоскелетно-нуклеоскелетную сеть

Хотя большая часть исследований механотрансдукции была сосредоточена на восприятии механических сил на клеточной мембране и через нее для индукции сигнальных путей, исходящих из цитоплазмы ^17,71 , многие экспериментальные данные продемонстрировали очень тесную связь между цитоскелетной силовой трансдукцией и хромосомой. организация и экспрессия генов: изменения в геометрии клеток привели к реорганизации цитоскелета, что привело к ремоделированию ядерной морфологии, влияя на ориентацию, трехмерное радиальное положение, уплотнение и смешение хромосомных территорий ¹⁶ и конденсация хроматина ¹⁰⁵ , сопровождающаяся дифференциальными паттернами экспрессии генов ¹⁰⁶ . Передача силы через актиновый цитоскелет в ядерную оболочку приводила к прямым смещениям белковых комплексов, связанных с тельцами Кахаля ^-107-, и через комплекс LINC к деформации хроматина и индуцированной силой экспрессии-повышению регуляции специфических генов ^-14-. Следовательно, механические силы могут регулировать экспрессию генов независимо от молекулярных реле, открывая или закрывая конфигурации хроматина ⁷² . Трансдукция механической силы в хроматин, по-видимому, происходит в течение секунд, впоследствии приводя к изменению транскрипции, пропорциональному величине растяжения хроматина ¹² и, как было обнаружено, индуцирует эпигенетические изменения в регуляции промотора ¹⁰⁸ . Ядерные ламины, эмерин, комплексные белки LINC, гетерохроматиновый белок-1 (HP1) и BAF, как недавно предполагалось, участвуют в передаче силы на хроматин, что приводит к растяжению и повышению доступности транскрипционного аппарата ¹² . BAF напрямую связывается с линкерным гистоном h2.1 и ядерным гистоном h4 in vitro и in vivo ¹⁰⁹ и связывается с поли(АДФ-рибозо)полимеразой-1 (PARP-1) ¹¹⁰ , центральным модулятором структуры хроматина и транскрипции ¹¹¹ . Интересно, что PARP-1 участвует в индуцированной гиперрастяжением механотрансдукции в бронхиальных эпителиальных клетках ¹¹² . PARP-1 и PARP-2 также физически и функционально взаимодействуют с HP1 9.0327 113 . Важно, что HP1 связывается с гистоном h4 метиллизином 9 и Suvh49, лизин-метилтрансферазой гистона h4, где метилирование гистона h4 lysine 9 с помощью SUV39h2 создает сайт связывания для белков HP1 ^-114-, связывающих h4K9me3 в конденсированном хроматине ^-115-. Так как замалчивание h4K9 methyltransferase SUV39h2 полностью блокирует индуцированное силой метилирование h4K9 ¹¹⁶ , и было показано, что h4K9me3 управляется механическим напряжением ¹³ , Suv39H и h4K9me3 являются потенциальными компонентами гравитационно-индуцированного каскада передачи силы на хроматин.

Удивительно, но более 98% всех первоначально измененных транскриптов быстро адаптировались к новой гравитационной среде после 75 с гипергравитации или 300 с микрогравитации соответственно. Таким образом, одно и то же гравитационное состояние, очевидно, приводило к качественно разным направлениям регуляции транскриптов во времени. Анализы обогащения онтологии генов (дополнительные рисунки 1–4) выявили регуляторные эффекты измененной гравитации на связывание РНК, регуляцию транскрипции и посттранскрипционную регуляцию экспрессии генов. В этом контексте транскрипционный фактор AKNA, гистон-связывающий репрессор транскрипции L3MBTL2 и РНК-связывающий белок LOC643980 относятся к группе неадаптирующихся транскриптов, чувствительных к микрогравитации (дополнительная таблица S3). Хотя молекулярные механизмы быстрой адаптации транскриптома к измененной гравитации неизвестны, они, вероятно, проявляются на разных стадиях процессинга транскрипции. Поскольку реакция макрофагального окислительного взрыва быстро адаптировалась к микрогравитации всего за 42 с ³⁹ , мы предполагаем, что механизмы быстрой адаптации происходят не только внутри ядра, но и в клеточной мембране. Поэтому вполне возможно, что цитоскелетно-ядерная сеть реагирует на изменения силы гравитации как единая взаимосвязанная система.

Отсутствие проапоптотических/некроптотических эффектов при измененной гравитации

Чтобы исключить потенциальные проапоптотические/некроптотические эффекты в течение всего процесса подготовки клеток к эксперименту и исследовать потенциальные проапоптотические эффекты измененной гравитации, как описано ранее ^60,61 , мы проанализировали апоптотические/некроптотические гены, идентифицированные из базы данных KEGG и из соответствующей литературы, и обнаружили для них лишь незначительные различия в экспрессии транскриптов. Мы сравнили эти значения с ранее опубликованными значениями экспрессии генов апоптоза в моноцитах человека, демонстрируя кратность изменений >+5 для каспазы 6 ¹¹⁷ , в клетках хронического миелогенного лейкоза человека K562 с кратностью изменений +1,779 и +1,633 для каспазы 6 и каспазы 8 соответственно после химической стимуляции сочетание термического и химического стресса ¹¹⁹ . По сравнению с этими данными мы наблюдали довольно мягкую клеточную реакцию на измененную гравитацию (дополнительные таблицы S3 и S5). Кроме того, все измененные в условиях микрогравитации проапоптотические/некроптотические транскрипты адаптировались через 5 мин, а также все транскрипты, измененные в условиях гипергравитации, за исключением FADD (BC000334). Тем не менее, FADD подавляется после 20 и 75 с гипергравитации, что указывает на скорее защитный эффект измененного состояния гравитации. В этом контексте ранее была описана временная активация маркеров апоптоза с последующей обратимостью и восстановлением клеток 9.0327 120 121 122 .

Эксперименты этого исследования проводились в различных средах с очень низкой гравитацией (10 ⁻² –10 ⁻³  g для экспериментов по параболическому полету и 10 ⁻⁴  g для экспериментов TEXUS). В настоящее время неизвестно, в какой степени различные уровни очень низкой гравитации преобразуются в клеточный ответ. В то время как двумерное клиностатическое исследование с клетками меланомы 1F6 выявило различия в экспрессии мРНК гуанилатциклазы А в диапазоне 0,012–0,036 г ¹²³ , ответ реакции окислительного взрыва в макрофагах NR8383 не различался между диапазоном 10 ^-2 -10 ^-3 мкг для параболических летных экспериментов 35 и <10 ^-5 мкг для ISS эксперимент ³⁹ . Кроме того, были обнаружены признаки гравитационного порога между 0,3 g и 0,5 g ³⁹ . Следовательно, все уровни микрогравитации, вероятно, ниже этого порога, но современные знания о биологических эффектах гравитационных изменений в средах с очень низкой гравитацией ограничены. В недавнем исследовании были повторно проанализированы данные транскриптома двух космических экспериментов (МКС, человеческие Т-клетки и Progress 40 P, HUVEC) и двух наземных исследований с «симулированной» микрогравитацией (человеческие Т-клетки и РВМС) и выявлено снижение вторичных мессенджеров. генерация молекул как статистически значимый путь во всех наборах данных, который обсуждался как потенциальный эффект низкого напряжения сдвига, вызванного микрогравитацией ¹²⁴ . Из-за быстрого ответа и адаптации транскриптома (рис. 10 и 11) описанные изменения после более длительного воздействия микрогравитации могут повторно представлять стабильный системный регуляторный статус, стационарное состояние и, следовательно, последнюю и заключительную фазу микрогравитации. индуцированные изменения транскриптома. Конечно, быстрый клеточный ответ на изменение гравитации ^35,39 , обнаруженный в клетках моноцитарно-макрофагальной системы в этом исследовании, может отсутствовать в других типах клеток, особенно если он вызван специфичной для клеточного типа архитектурой хромосомной территории ^{16 105 106} .

В заключение мы обнаружили немедленный ответ транскриптома после 20 секунд изменения силы тяжести, который, в свою очередь, быстро адаптировался впоследствии. Теоретические объяснения быстрой регуляции транскриптома требуют быстрой трансдукции в ядро, что также теоретически возможно и было продемонстрировано для других механических сил, кроме гравитации. Таким образом, мы предполагаем, что гравитационные силы быстро и постоянно передаются в ядро, действуя как вездесущее условие в структуре ядра и хроматина и впоследствии приводя к гомеостазу экспрессии генов. В связи с предполагаемой фундаментальной ролью гравитационных сил для гомеостаза транскриптома существование механизмов быстрой адаптации неудивительно. Гравитация потенциально может представлять собой важное условие окружающей среды для геномной функциональности жизни на Земле.

Материалы и методы

Клеточная культура

Миеломоноцитарную клеточную линию человека U937 (ATCC CRL1593.2) использовали в качестве модельной клеточной линии для анализа дифференциальной экспрессии генов в условиях измененной гравитации в моноцитарно-макрофагальной системе человека. Клетки U937 культивировали в среде RPMI-1640 (Biochrom/Merck Millipore, Германия) с добавлением 10% эмбриональной бычьей сыворотки (FBS Superior; Biochrom/Merck Millipore, Германия), 1% глутамина (200 мМ; Gibco/Life Technologies, Германия). и 1% пенициллин/стрептомицин (10 000 ЕД/мл и 10 000 мкг/мл соответственно; Gibco/Life Technologies, Германия). Клетки культивировали с плотностью 0,2 × 10 ⁶ клеток/мл и замену среды проводили каждые 48 часов. Клетки центрифугировали при 300 g в течение 5 мин при комнатной температуре, супернатант удаляли, а клеточный осадок ресуспендировали в свежей среде. Отбирали аликвоту, разбавляли раствором трипанового синего и подсчитывали количество жизнеспособных клеток. Клетки пересевали в концентрации 0,2 × 10 ⁶ клеток/мл в свежей среде.

Параболическая платформа для летных экспериментов

Как описано ранее ²⁹, параболические полеты являются идеальной платформой для изучения начальных и первичных эффектов в клетках млекопитающих и связанных с ними быстро реагирующих молекулярных изменений, исключающих влияние и интерференцию вторичных сигнальных каскадов. Параболические полеты предлагают последовательность последовательных гравитационных условий, включая 1  g, 1,8  g и микрогравитацию (мкг) с качеством от 10 ⁻² до 10 ⁻³  g. Мы разработали и сконструировали экспериментальную систему, которая позволяет экспериментировать с клеточными культурами во время параболических полетов на борту Airbus A300 ZERO-G (регистрационный номер F-BUAD), которая уже использовалась для различных параболических полетов9.0327 28,29,36 . Первостепенное значение придавалось реализации техники прямой безопасности при разработке. Экспериментальная конструкция (рис. 1в) состоит из трех экспериментальных стеллажей (стойка для хранения контейнеров с клеточными культурами до экспериментов при 36,5 °C, стеллаж-охладитель для хранения контейнеров с клеточными культурами после лизиса клеток при 4 °C и рабочий стеллаж для обработки и проведение экспериментов). Модульная система способна вместить до 54 контейнеров для клеточных культур (двойная защитная оболочка) для каждого полета и позволяет хранить клеточные культуры до начала эксперимента, вводить жидкость (культуральную среду) в любое определенное время во время параболического маневра, и автоматическая инъекция второй жидкости (буфера для лизиса) через 20 с в конце определенной гравитационной фазы. Соответствующий контроль в полете был получен во время фазы полета 1  g непосредственно перед первой параболой. Введение всех жидкостей осуществляется автоматически и запрограммировано заранее, в то время как замена контейнеров для клеточных культур и наблюдение за экспериментом осуществлялись вручную. В течение 19В ходе кампании по параболическому полету (PFC) ^DLR мы исследовали экспрессию генов в клетках U937 человека в условиях микрогравитации и гипергравитации (1,8 g) по сравнению с 1 g в полете. Эксперименты проводились только во время первой параболы, чтобы убедиться, что обнаруженные дифференциальные уровни экспрессии генов являются результатом эффекта гравитационных изменений, а не накопленного долгосрочного эффекта.

Подготовка и проведение параболических летных экспериментов

В течение 19 ^-го DLR PFC, 1 × 10 ⁷ Клетки U937 в 10 мл среды (RPMI 1640 с добавлением 1% пенициллина/стрептомицина, амфотерицина (Gibco/Life Technologies, Германия), 1% глутамина и 2% FBS (т. помещают в 200-мл пакеты Nutrimix (B. Braun Melsungen, Германия) и транспортируют из домашней лаборатории в лаборатории предполетной подготовки на территории NOVESPACE в Бордо, Франция. и хранили при 36,5 ° C в течение ночи и использовали для летного эксперимента на следующее утро. 36,5 ° C были выбраны вместо 37 ° C, чтобы исключить любую термическую активацию клеток, вызванную регулирующими колебаниями стойки для хранения. Для дня полета , мешки Nutrimix были помещены в прочный пластиковый корпус для создания двойной герметизации, предотвращающей проливание жидкостей в самолете в случае протечки аппаратной системы.Быстрый лизис U937 клеток в соответствующей гравитационной фазе было достигнуто за счет быстрой инъекции 5 объемов буфера RLT (Qiagen, Германия) и смешивания путем трехкратного переворачивания образцов сразу же в соответствующий момент времени (1 г проб в полете за 5 мин до первой параболы). , 1,8 g и образцы микрогравитации во время первой параболы). После приземления сразу же выполнялся наземный контроль 1 g с использованием того же оборудования внутри самолета. После полета все образцы были доставлены непосредственно в местную лабораторию, где была очищена общая РНК. Всего за два дня параболического полета было получено 28 образцов: 6x H/W 1 g GC, 8x 1 g IF, 6x BL-PFC hyp-g, 8x мкг (см. Таблицу 1).

Выделение РНК после параболического полета

РНК выделяли, как описано ранее ²⁹ . После посадки самолета и транспортировки образцов в лабораторию защитные пластиковые кожухи демонтировали, пакеты Nutrimix осторожно встряхивали, а лизированный клеточный раствор заливали в колбу для культивирования клеток с прямым горлышком T75. Раствор клеток перемешивали в течение 10 с путем встряхивания и разрезали, пропуская четыре раза через иглу Ø 0,8 × 120 мм (B. Braun Melsungen, Германия), прикрепленную к стерильному шприцу объемом 50 мл. Добавляли 50 мл абсолютного этанола и ресуспендировали осадок энергичным встряхиванием. Вакуумная система Qiavac 24 plus (Qiagen, Германия) была подготовлена ​​путем размещения 24 клапанов и стерильных соединительных элементов на вакуумном коллекторе Qiavac 24 plus, и к каждому соединительному элементу была присоединена колонка RNA maxi (Qiagen, Германия). Систему устанавливали на уровень вакуума -200 мбар, и колонки RNA maxi загружали суспензиями лизированных клеток. Затем клапаны закрывали и колонки с РНК макси центрифугировали при 3220 g в течение 3 мин при комнатной температуре. 15 мл буфера RW1 (Qiagen, Германия) осторожно наносили на колонку для промывания мембраносвязанной РНК. После центрифугирования при 3220 g в течение 7 мин при комнатной температуре проток отбрасывали и проводили дополнительные два этапа промывки 10 мл буфера RPE (Qiagen, Германия) с последующим центрифугированием при 3220 g в течение 3 мин и 10 мин при комнатной температуре. соответственно. РНК, связанную с колонкой, элюировали путем нанесения 600 мкл предварительно нагретой воды, свободной от РНКазы (Qiagen, Германия), инкубации в течение 1 минуты при комнатной температуре и центрифугирования в течение 4 минут при 3220 g снова при комнатной температуре. Стадию элюирования повторяли с первым элюатом, колонку центрифугировали в течение 7 мин при 3220 g, а очищенную РНК хранили в стерильной криопробирке объемом 1 мл на сухом льду. Наконец, выделенную РНК транспортировали на сухом льду и хранили при -80 °C до обработки РНК для анализа на микрочипах.

Эксперимент суборбитальной баллистической ракеты TEXUS-49

Суборбитальные баллистические ракеты TEXUS состоят из двухступенчатой ​​ракеты ВСБ-30 (твердотопливный двигатель С-30 с двигателем второй ступени С-31) и полезной нагрузки (масса 390,4 кг , длина 5083 мм). TEXUS-49 был запущен 29 марта ^th , 2011 в 06:01 с космического центра ESRANGE (European Space and Sounding Rocket Range) недалеко от Кируны, Швеция, к северу от Полярного круга. Во время баллистического суборбитального полета высота 268 км и 378 с микрогравитации с качеством лучше 10 ^-5 г. Дополнительные параметры включают: пиковое ускорение тяги первой ступени 6,3 g, среднее ускорение тяги 5,03 g, выгорание первой ступени за 12,3 с, отделение двигателя за 13,6 с, пиковое ускорение тяги второй ступени 13,5 g, среднее ускорение тяги 7,30 g, выгорание при 43,0  с, йо-йо деспин за 56,0  с, отделение двигателя за 59,0  с. В ESRANGE полностью оборудованные лаборатории обеспечили полную подготовку биологических экспериментов на месте, интеграцию эксперимента в платформу полезной нагрузки за 1 час до запуска и автономное выполнение эксперимента в запрограммированной последовательности. В конце периода свободного падения полезный груз снова вошел в атмосферу и вернулся на землю после раскрытия парашюта на высоте 5 км и со скоростью снижения 8 м/с. Экспериментальный блок был немедленно восстановлен и возвращен на стартовую площадку в течение 1,5 ч после старта на вертолете. Общая экспериментальная композиция состоит из нескольких наборов из трех шприцев, наполненных клеточной суспензией (U9 человека).37 клеток), среду для культивирования клеток с SKF-96365 или без нее и раствор для лизиса (Trizol LS). Все три шприца были соединены тройником, а небольшие заглушки на выходных отверстиях предотвращали преждевременный контакт жидкостей. Системы шприцев были помещены в устойчивый к вакууму контейнер с регулируемой температурой (рис.  1d). Шприцевые системы с регулируемой температурой были размещены в условиях микрогравитации внутри полезной нагрузки. Перед запуском и во время полета шприцы приводились в действие пневматической системой в заданные моменты времени. Было проведено несколько предполетных испытаний и тестов для разработки: тесты на биосовместимость, тесты на химическую стабильность, оптимизация питательной среды в отношении буферных систем и добавок, тесты на стерилизацию, тесты на жизнеспособность, тесты на лизис клеток (различные лизисные соединения и концентрации). Вся процедура миссии была стандартизирована и протестирована несколько раз. Были определены маржи и возможные сроки удержания. Экспериментальная установка состояла из исходной группы (лизис после фазы гипергравитации и перед началом микрогравитации), группы микрогравитации в полете (лизис после 5 мин в условиях микрогравитации и перед входом в атмосферу Земли) и 1 g наземного контрольного эталона внутри экспериментальной установки. аппаратное обеспечение. Шприцы с клетками, средой и лизисной жидкостью (Trizol LS) готовили непосредственно перед запуском. Все процедуры начались за 7 часов до старта. Экспериментальные контейнеры были интегрированы в структуру полезной нагрузки через порт «позднего доступа» между 1:15 и 0:45 перед запуском. Температуру образца поддерживали на уровне 36,5 °C ± 0,5 °C до лизиса. После приземления и извлечения полезной нагрузки экспериментальные контейнеры были немедленно удалены и возвращены в лабораторию ESRANGE для дальнейшей обработки. Суспензию клеток переносили из шприцев в стерильные пластиковые реакционные пробирки и гомогенизировали клетки с последующим выделением РНК. Очищенную РНК хранили и транспортировали на сухом льду или в жидком азоте, а затем анализировали с помощью массивов полногеномной экспрессии.

Экспериментальная подготовка и интеграция для TEXUS-49

Клетки U937 культивировались в лабораториях ESRANGE на месте. Клетки культивировали с плотностью 0,2 × 10 ⁶ клеток/мл, среду меняли каждые 48 часов (см. выше). Во время фазы обратного отсчета клетки визуально осматривали, собирали, подсчитывали количество жизнеспособных клеток и объединяли клетки до концентрации 5 × 10 ⁷ клеток/мл. 0,5 мл клеток (т.е. 25 миллионов клеток) были помещены в стерильные пластиковые шприцы на 3 мл незадолго до передачи стартовой группе. Кроме того, второй набор шприцев заполняли 0,3 мл среды для культивирования клеток с добавлением или без добавления 0,3 мл SKF-9.6365 (25 мкМ; Sigma Aldrich, Германия) и третий набор с 1 мл Trizol LS (Life Technologies, Германия) на единицу образца. Три шприца с небольшими заглушками на выходных отверстиях были установлены на стерилизованном пластиковом Т-образном блоке с системой соединительных трубок. Было подготовлено и хранилось 26 экспериментальных единиц при температуре 36,5 °С ± 0,5 °С до интеграции в полезную нагрузку ракеты или до ручного запуска наземного управления соответственно. Эти экспериментальные установки были окончательно интегрированы в автоматизированную экспериментальную систему. Во время эксперимента сначала 0,3 мл среды для культивирования клеток с SKF9 или без него.6365, а затем 1 мл Trizol LS вводили в клеточную суспензию в определенные моменты времени для лизиса клеток и сохранения текущего состояния дифференциальной экспрессии генов. Непосредственно перед фазой мкг набор образцов был лизирован в момент времени 75  с после запуска (базовый уровень, BL), что отражает влияние гипергравитации, вращения и вибраций во время запуска и работы ракетного двигателя. Два дополнительных набора образцов (с SKF-96365 и без него) были зафиксированы через 375 с после запуска, незадолго до окончания фазы мкг. Кроме того, 1 г наземных контролей содержали на земле в инкубаторе аналогично группе образцов с мкг. Всего после TEXUS-49 было получено 26 образцов.ракетный полет: 6x H/W 1 g GC, 5x BL-TX hyp-g, 7x мкг, 4x мкг SKF, 4x H/W 1 g GC SKF (см. Таблицу 1).

Выделение РНК после приземления TEXUS-49

Обработка образца была описана ранее ²⁹ . Непосредственно после приземления, локализации и подъема полезной нагрузки вертолетом экспериментальные модули демонтировались и передавались на переработку. Образец, содержащий шприцы, присоединяли к стерильной игле 20G (B. Braun Melsungen, Германия), 1,8 мл клеточной суспензии трижды разрезали и равномерно распределяли в две реакционные пробирки объемом 2,0 мл. Добавляли 0,1 мл хлороформа (Sigma-Aldrich, Германия), гомогенат встряхивали 15 с и инкубировали 5 мин при комнатной температуре перед этапом 15 мин центрифугирования при 11000g и 4 °C. Верхнюю фазу из обеих пробирок объемом 2,0 мл переносили в одну пробирку объемом 15 мл, добавляли 4 мл буфера RLT (Qiagen, Германия), а также 3 мл абсолютного этанола и перемешивали суспензию. 4 мл этого раствора пипетировали на колонке RNA Midi (Qiagen, Германия) и центрифугировали в течение 30 с при 3000 g и комнатной температуре. Поток отбрасывали, а оставшиеся 4 мл раствора РНК загружали в колонку. Все образцы центрифугировали в течение 5 мин при 3000 g при комнатной температуре. Затем колонки дважды промывали 2,5 мл буфера RPE (Qiagen, Германия) и центрифугировали сначала 2 мин, а затем дополнительно 5 мин при 3000 g при комнатной температуре. РНК элюировали добавлением в колонку предварительно подогретой 250 мкл воды, свободной от РНКаз (Qiagen, Германия), инкубацией в течение 1 мин при комнатной температуре и центрифугированием в течение 3 мин при 3000 g и комнатной температуре. Проток снова загружали в колонку, инкубировали в течение 1 мин при комнатной температуре и центрифугировали в течение 5 мин при 3000 g и комнатной температуре. Выделенную РНК переносили в стерильные криопробирки объемом 1 мл и хранили и транспортировали при температуре -80°С. После прибытия в домашнюю лабораторию образцы хранились при температуре -80 °C до обработки РНК для анализа на микрочипах.

Обработка образцов РНК и анализ данных микрочипа

Количество и качество РНК в образцах 19-го ^{-го параболического полета} DLR и зондирующей ракеты TEXUS-49 анализировали с использованием Nanodrop 1000 (Thermo Scientific). Все образцы РНК были высокого качества с соотношением 260/280 нм от 1,9 до 2,1. Число целостности РНК (RIN) измеряли с помощью биоанализатора Agilent 2100 (Agilent Technologies, США), и для последующего анализа на микрочипах использовали только образцы РНК с RIN >8,7. 400 нг общей РНК метили cy3 с помощью набора для линейной амплификации с низким вводом РНК, PLUS, One-Color (Agilent Technologies) и гибридизовали в течение 17,5 часов с экспрессионным микрочипом NimbleGen (12 × 135 000 признаков), применяя набор для гибридизации экспрессии генов (Agilent Technologies, США). Микрочипы промывали и сканировали с помощью Micro Array Scanner G2505B (Agilent Technologies, США). Файлы изображений сканера были проанализированы с помощью программного обеспечения NimbleScan 2.6 с использованием надежного многомассивного анализа (RMA) с параметрами по умолчанию. RMA представляет собой метод суммирования на уровне зондов, который идентифицирует зонды, которые являются выбросами в общем поведении экспрессии, измеренной для данного гена. Дифференциальную экспрессию транскриптов определяли на основе нормализованных данных микрочипа с использованием Excel 2013, и рассчитывали изменения кратности экспрессии (FC) всех транскриптов на микрочипе. ФК использовались для сравнения экспериментальных групп в рамках одной экспериментальной платформы. Для этого определяли средние значения линейной экспрессии для каждой экспериментальной группы. Отношение рассчитывали путем деления среднего значения одной экспериментальной группы на среднее значение экспериментальной группы, с которой его следует сравнивать. Если отношение ≥1, оно равно FC, если отношение <1, FC определяется путем построения отрицательной обратной величины отношения. Кроме того, для всех сравнений были проведены t-тесты. Считалось, что FC ≤ −1,3 или ≥1,3 с p-значением < 0,05 представляют значительно отличающееся выражение.

Внутриплатформенные и межплатформенные сравнения

Для дальнейшего подтверждения связи между различными гравитационными условиями и обнаруженными дифференциальными выражениями были сделаны пересечения между экспериментальным сравнением и соответствующим контрольным сравнением, когда это было возможно. Транскрипты, которые по-разному экспрессировались в экспериментальном и контрольном сравнении, были впоследствии исключены из пулов гравичувствительных транскриптов (таблицы 3, 5, 7, 8 и диаграммы Венна). Чтобы проанализировать, реагируют ли транскрипты преимущественно на гипер- или микрогравитацию или на оба условия, были сделаны пересечения между пулами транскриптов, чувствительных к гипергравитации и микрогравитации. Кроме того, для оценки гравичувствительности транскриптов с течением времени были сделаны пересечения между пулами гравичувствительных транскриптов обеих экспериментальных платформ.

Анализ обогащения генных аннотаций (анализ GOrilla)

Анализ обогащения генных аннотаций был выполнен с использованием DAVID 6.8. Обогащенные термины GO, визуализированные в ранжированных списках генов, были сгенерированы с использованием GOrilla ¹²⁵ . В иллюстративных целях суммированы только конечные точки процессов и функций. Порог p-значения был установлен на <0,05.

Доступность данных

Доступ к наборам данных, созданным и проанализированным в ходе текущего исследования, можно получить в репозитории GEO (Gene Expression Omnibus) (www.ncbi.nlm. nih.gov/projects/geo) под номером доступа. GSE101309.

Ссылки

1. Мори-Холтон, Э. Р. В Эволюция на планете Земля 143–159 (Elsevier, 2003).

2. Дубинин Н., Ваулина Е. Эволюционная роль гравитации. Науки о жизни и космические исследования 14 , 47–55 (1975).

   Google ученый

3. Фолькманн Д. и Балушка Ф. Гравитация: одна из движущих сил эволюции. Протоплазма 229 , 143–148 (2006).

   ПабМед Статья КАС Google ученый

4. Thiel, C.S. и др. . Стабильность экспрессии генов в Т-клетках человека в условиях различной гравитации сосредоточена в хромосомной области 11p15. 4. нпдж Микрогравитация 3 , 22 (2017).

   ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

5. «>

   Совет, N. R. Возрождение будущего космических исследований: исследования в области естественных и физических наук для новой эры . Том. 6 99–203 (издательство национальных академий, 2011).

6. Ингбер, Д. Как клетки (могут) ощущать микрогравитацию. Журнал FASEB 13 , S3–S15 (1999).

   ПабМед Статья КАС Google ученый

7. Ингбер, Д. Э. Клеточная механотрансдукция: снова собрать все воедино. Журнал FASEB 20 , 811–827 (2006).

   ПабМед Статья КАС Google ученый

8. Ингбер, Д. Э. Механосенсорное восприятие на основе тенсегрити от макро до микро. Успехи биофизики и молекулярной биологии 97 , 163–179 (2008).

   ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

9. «>

   Федорчак Г. Р., Камински А. и Ламмердинг Дж. Клеточное механосенсорное восприятие: добраться до ядра всего этого. Успехи биофизики и молекулярной биологии 115 , 76–92 (2014).

   ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

10. Наварро, А. П., Коллинз, М. А. и Фолкер, Э. С. Ядро представляет собой консервативную органеллу механоощущения и механореакции. Цитоскелет 73 , 59–67 (2016).

    ПабМед Статья Google ученый

11. Белаади, Н., Орей, Дж. и Гийюи, К. Под давлением: управление механическим стрессом в ядре. Клетки 5 , 27 (2016).

    Центральный пабмед Статья КАС Google ученый

12. Таджик, А. и др. . Активация транскрипции за счет прямого растяжения хроматина, индуцированного силой. Природные материалы 15 , 1287 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

13. Le, штаб-квартира и др. . Механическая регуляция транскрипции контролирует опосредованное Polycomb замалчивание генов во время коммитирования клона. Природа клеточной биологии 18 , 864–875 (2016).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

14. Махиджа Э., Джохун Д. и Шивашанкар Г. Деформируемость ядер и динамика теломер регулируются геометрическими ограничениями клетки. Труды Национальной академии наук 113 , E32–E40 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

15. Улер, К. и Шивашанкар, Г. Геометрический контроль и моделирование перепрограммирования генома. Биоархитектура 6 , 76–84 (2016).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

16. Wang, Y., Nagarajan, M., Uhler, C. & Shivashankar, G. Ориентация и изменение положения хромосом коррелируют с экспрессией генов, зависящей от геометрии клетки. Молекулярная биология клетки 28 , 1997–2009 (2017).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

17. Thorpe, S.D. & Lee, D.A. Динамическая регуляция ядерной архитектуры и механики — реостатная роль ядра в адаптации клеточной механочувствительности. Nucleus 8 , 287–300 (2017).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

18. Альбрехт-Бюлер, Г. Возможные механизмы косвенного восприятия гравитации клетками. Гравитационные и космические исследования 4 (2007).

19. Boonyaratanakornkit, J. B. и др. . Ключевые сигнальные пути, чувствительные к гравитации, управляют активацией Т-клеток. Журнал FASEB 19 , 2020–2022 (2005).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

20. Ward, N.E., Pellis, N.R., Risin, S.A. & Risin, D. Изменения экспрессии генов в активированных Т-клетках человека, вызванные смоделированной микрогравитацией. Журнал клеточной биохимии 99 , 1187–1202, https://doi.org/10.1002/jcb.20988 (2006).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

21. Мангала, Л. С. и др. . Влияние моделируемой микрогравитации на профиль экспрессии микроРНК в лимфобластоидных клетках человека. Журнал биологической химии 286 , 32483–32490, https://doi. org/10.1074/jbc.M111.267765 (2011).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

22. Видьясекар, П. и др. . Полное профилирование экспрессии генома линий раковых клеток, культивируемых в условиях микрогравитации, выявило значительное нарушение регуляции клеточного цикла и генных сетей микроРНК. PloS one 10 , e0135958, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0135958 (2015).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

23. Льюис М.Л. и др. . Микроматрица кДНК выявляет измененную экспрессию генов цитоскелета в космических лейкемических Т-лимфоцитах (Jurkat). FASEB J 15 , 1783–1785 (2001).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

24. Чанг, Т. Т. и др. . Путь Rel/NF-kappaB и транскрипция генов непосредственной ранней активации Т-клеток ингибируются микрогравитацией. J Leukoc Biol 92 , 1133–1145, https://doi.org/10.1189/jlb.0312157 (2012).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

25. Хьюз-Фулфорд, М., Чанг, Т. Т., Мартинес, Э. М. и Ли, К.-Ф. Космический полет изменяет экспрессию микроРНК во время активации Т-клеток. Журнал FASEB 29 , 4893–4900 (2015).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

26. Лебсак, Т. В. и др. . Микроматричный анализ ткани тимуса мышей, летающих в космос, выявил изменения в экспрессии генов, регулирующих стрессовые и глюкокортикоидные рецепторы. Журнал клеточной биохимии 110 , 372–381 (2010).

    ПабМед КАС Google ученый

27. «>

    Гридли, Д. С. и др. . Влияние космического полета на распределение, функцию и экспрессию генов Т-лимфоцитов. J Appl Physiol (1985) 106 , 194–202, https://doi.org/10.1152/japplphysiol.

    .2008 (2009).

    Артикул Google ученый

28. Thiel, C.S. и др. . Быстрые изменения белков, контролирующих клеточный цикл, в Т-лимфоцитах человека в условиях микрогравитации. Сигнал сотовой связи 10 , 1, https://doi.org/10.1186/1478-811X-10-1 (2012).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

29. Thiel, C.S. и др. . Реакция динамической экспрессии генов на изменение силы тяжести в Т-клетках человека. Научные отчеты 7 (2017).

30. Генерал, Н.О.о. I. Усилия НАСА по управлению рисками для здоровья и работоспособности человека при исследовании космоса, отчет №. ИГ-16-003. 40 (2015).

31. Comet, B. Ограничивающие факторы для здоровья и работоспособности человека: микрогравитация и пониженная гравитация. HUMEX-TN-002 Изучение выживаемости и адаптации человека к длительным межпланетным и планетарным условиям; Техническое примечание 2: Критическая оценка факторов, ограничивающих здоровье и работоспособность человека, и рекомендации по контрмерам. (2001).

32. Фриппиат Ж.-П. и др. . На пути к исследованию космоса человеком: серия обзоров THESEUS, посвященная приоритетам исследований в области иммунологии. нпдж Микрогравитация 2 , 16040 (2016).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

33. Шукер, А. и Ульрих, О. В Иммунная система в космосе: готовы ли мы? 123–127 (Спрингер, 2016).

34. Тиль, К. С., Лаубер, Б. А., Польцер, Дж. и Ульрих, О. Динамика клеточной и молекулярной регуляции в иммунной системе в условиях изменения гравитации: прогрессирующее повреждение или адаптация? REACH-Reviews in Human Space Exploration (2017).

35. Адриан, А. и др. . Реакция окислительного взрыва в клетках млекопитающих зависит от гравитации. Сотовая связь и передача сигналов 11 , 98 (2013).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

36. Полсен, К. и др. . Регуляция ICAM-1 в клетках моноцитарно-макрофагальной системы в условиях невесомости. BioMed Research International 2015 (2015).

37. Полсен, К. и др. . Серьезное нарушение цитоскелета и иммунологически значимых поверхностных молекул в клеточной линии макрофагов человека в условиях микрогравитации — результаты эксперимента in vitro на борту космической миссии Шэньчжоу-8. Acta Astronautica 94 , 277–292 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

38. Таубер, С. и др. . Стабильность цитоскелета и метаболические изменения первичных макрофагов человека в условиях длительной микрогравитации. PloS one 12 , e0175599 (2017).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

39. Thiel, C.S. и др. . Быстрая адаптация к микрогравитации в клетках макрофагов млекопитающих. Научные отчеты 7 (2017).

40. Голдерманн М. и Ханке В. Ионные каналы чувствительны к изменениям силы тяжести. Наука и техника микрогравитации 13 , 35 (2001).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Статья КАС Google ученый

41. «>

    Мейснер, К. и Ханке, В. Свойства потенциала действия зависят от гравитации. Microgravity-Science and Technology 17 , 38–43 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

42. Лю, Д. и др. . Транзиторные рецепторные потенциальные каналы при гипертонической болезни. Журнал гипертонии 24 , 1105–1114 (2006).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

43. Ямамото С. и др. . TRPM2-опосредованный приток Ca2+ индуцирует продукцию хемокинов в моноцитах, что усугубляет воспалительную нейтрофильную инфильтрацию. Природная медицина 14 , 738–747 (2008).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

44. Финни-Хейуорд, Т. К. и др. . Экспрессия временного рецепторного потенциала С6-каналов в макрофагах легких человека. Американский журнал респираторных клеток и молекулярной биологии 43 , 296–304 (2010).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

45. Ссылка, Т. М. и др. . TRPV2 играет ключевую роль в связывании частиц макрофагов и фагоцитозе. Природная иммунология 11 , 232–239 (2010).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

46. Чжао З. и др. . Повышенная миграция моноцитов при эссенциальной гипертензии связана с повышением транзиторного рецепторного потенциала каналов канонических каналов 3 типа. PloS one 7 , e32628 (2012 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

47. Py, B.F. и др. . Каспаза-11 контролирует высвобождение интерлейкина-1β посредством деградации TRPC1. Сотовые отчеты 6 , 1122–1128 (2014).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

48. Васкес Г., Соланки С., Дубе П., Смедлунд К. и Ампем П. In Пути поступления кальция в невозбудимые клетки 185–199 (Springer, 2016).

49. Марото Р. и др. . TRPC1 образует активируемый растяжением катионный канал в клетках позвоночных. Nature Cell Biology 7 , 179–185 (2005).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

50. Штааф, С. и др. . Понижающая регуляция TRPC1 с помощью shRNA уменьшает механочувствительность в нейронах ганглиев задних корешков мышей in vitro . Письма по неврологии 457 , 3–7 (2009).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

51. «>

    Гаррисон С. Р., Дитрих А. и Стаки С. Л. TRPC1 участвует в ощущении легкого прикосновения и механических реакциях в низкопороговых сенсорных нейронах кожи. Журнал нейрофизиологии 107 , 913–922 (2012).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

52. Хедер, Д.-П., Рихтер, П.Р., Шустер, М., Дайкер, В. и Леберт, М. Молекулярный анализ передачи сигнала гравиперцепции у жгутиковых Euglena gracilis: участие временного рецепторного потенциала- как канал и кальмодулин. Достижения в области космических исследований 43 , 1179–1184 (2009 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

53. Мерритт, Дж. Э. и др. . SK&F 96365, новый ингибитор проникновения кальция через рецепторы. Биохимический журнал 271 , 515–522 (1990).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

54. «>

    Сингх, А., Хильдебранд, М., Гарсия, Э. и Снутч, Т. Антагонист временного рецепторного потенциального канала SKF96365 является мощным блокатором активируемых низким напряжением кальциевых каналов Т-типа. Британский журнал фармакологии 160 , 1464–1475 (2010).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

55. Mason, M.J., Mayer, B. & Hymel, L. Ингибирование путей транспорта Ca2+ в лимфоцитах тимуса эконазолом, миконазолом и SKF 96365. American Journal of Physiology-Cell Physiology 264 , C654–C662 (1993).

    Артикул КАС Google ученый

56. Юзален, Л. и др. . SK&F 96365 ингибирует внутриклеточные насосы Са2+ и повышает концентрацию Са2+ в цитозоле без выработки оксида азота и фактора фон Виллебранда. Клеточный кальций 20 , 501–508 (1996).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

57. Чен, К.-Х., Лю, Х., Ян, Л., Джин, М.-В. и Ли, Г.-Р. SKF-96365 сильно ингибирует потенциалзависимый натриевый ток в желудочковых миоцитах крыс. Pflügers Archiv-European Journal of Physiology 467 , 1227–1236 (2015).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

58. Танахаши Ю. и др. . Ингибирующее действие SKF96365 на активность K+ каналов в клетках гладкой мускулатуры тонкого кишечника мышей. Journal of Veterinary Medical Science 78 , 203–211 (2016).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

59. Лю, Х. и др. . SKF-96365 блокирует калиевые каналы человеческого гена ether-à-go-go-родственного, стабильно экспрессируемые в клетках HEK 293. Фармакологические исследования 104 , 61–69 (2016).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

60. Баттиста, Н. и др. . 5-липоксигеназозависимый апоптоз лимфоцитов человека на Международной космической станции: данные эксперимента ROALD. Журнал FASEB 26 , 1791–1798 (2012).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

61. Питч, Дж. и др. . Влияние невесомости на организм человека и клетки млекопитающих. Текущая молекулярная медицина 11 , 350–364 (2011).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

62. Элмор, С. Апоптоз: обзор запрограммированной гибели клеток. Токсикологическая патология 35 , 495–516 (2007).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

63. «>

    Поллард, Э. К. Теоретические исследования живых систем в отсутствие механического напряжения. Journal of Theoretical Biology 8 , 113–123 (1965).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

64. Браун А. Х. От гравитации и организма к гравитации и клетке. ASGSB Bull 4 , 7–18 (1991).

    ПабМед КАС Google ученый

65. Хедер, Д.-П., Браун, М., Гримм, Д. и Хеммерсбах, Р. Гравирецепторы у эукариот — сравнение тематических исследований на клеточном уровне. нпдж Микрогравитация 3 , 13 (2017).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

66. Санчес-Васкес, М. и др. . Распаковка ДНК в хроматине спермы морской свинки гепарином и восстановленным глутатионом. Архив андрологии 40 , 15–28 (1998).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

67. Callegari, A. Кинетика связывания эукариотического фактора транскрипции. (2016).

68. Данко, К.Г. и др. . Сигнальные пути по-разному влияют на инициацию, паузу и скорость элонгации РНК-полимеразы II в клетках. Молекулярная клетка 50 , 212–222 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

69. Дарзак, Х. и др. . Динамика транскрипции РНК-полимеразы II in vivo . Природа, структурная и молекулярная биология 14 , 796–806 (2007).

    Артикул КАС Google ученый

70. Майури, П. и др. . Высокая скорость транскрипции РНК-полимеразы II в клетках человека. Отчеты EMBO 12 , 1280–1285 (2011).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

71. Wang, N., Tytell, JD & Ingber, D.E. Механотрансдукция на расстоянии: механическое соединение внеклеточного матрикса с ядром. Обзоры природы Молекулярно-клеточная биология 10 , 75 (2009).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

72. Атирасала А., Хирш Н. и Буксбойм А. Ядерная механотрансдукция: ощущение силы изнутри. Современные взгляды на клеточную биологию 46 , 119–127 (2017).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

73. Chan, M.W., Arora, P.D., Bozavikov, P. & McCulloch, C.A. FAK, PIP5KIγ и gelsolin совместно опосредуют вызываемую силой экспрессию α-гладкомышечного актина. Journal of Cell Science 122 , 2769–2781 (2009).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

74. Ривелин, Д. и др. . Фокальные контакты как механосенсоры: приложенная извне локальная механическая сила вызывает рост фокальных контактов по mDia1-зависимому и ROCK-независимому механизму. Журнал клеточной биологии 153 , 1175–1186 (2001).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

75. Искрач, Т., Вулфенсон, Х. и Шитц, М.П. Оценка силы и формы – подъем механотрансдукции в клеточной биологии. Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология 15 , 825 (2014).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

76. Миральес Ф., Позерн Г., Заромитиду А.-И. и Treisman, R. Динамика актина контролирует активность SRF путем регуляции его коактиватора MAL. Cell 113 , 329–342 (2003).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

77. Дюпон, С. и др. . Роль YAP/TAZ в механотрансдукции. Природа 474 , 179 (2011).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

78. Гальдер Г., Дюпон С. и Пикколо С. Трансдукция механических и цитоскелетных сигналов с помощью YAP и TAZ. Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология 13 , 591 (2012).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

79. Мирошникова Ю. А., Нава М. М. и Викстрем С. А. Новые роли механических сил в регуляции хроматина. J Cell Sci 130 , 2243–2250 (2017).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

80. «>

    Вартиайнен М.К., Геттлер С., Лариджани Б. и Трейсман Р. Ядерный актин регулирует динамическую внутриклеточную локализацию и активность кофактора SRF MAL. Наука 316 , 1749–1752 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Статья КАС Google ученый

81. Морита, Т., Маянаги, Т. и Собу, К. Реорганизация актинового цитоскелета посредством регуляции транскрипции генов цитоскелета/фокальной адгезии с помощью факторов транскрипции, связанных с миокардином (MRTF/MAL/MKL). Экспериментальные исследования клеток 313 , 3432–3445 (2007).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

82. Хайден М.С. и Гош С. Общие принципы передачи сигналов NF-κB. Cell 132 , 344–362 (2008).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

83. «>

    Кампеллоне, К. Г. и Уэлч, М. Д. Гонка ядерных вооружений: клеточный контроль сборки актина. Обзоры природы Молекулярно-клеточная биология 11 , 237 (2010).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

84. Sathe, A.R., Shivashankar, G. & Sheetz, M.P. Ядерный транспорт паксилина зависит от динамики фокальной адгезии и доменов FAT. J Cell Sci 129 , 1981–1988 (2016).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

85. Wang, Y. & Gilmore, T.D. Белки Zyxin и Paxillin: белки домена LIM фокальной адгезионной бляшки становятся ядерными. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — исследование молекулярных клеток 1593 , 115–120 (2003).

    Артикул КАС Google ученый

86. «>

    Карин, М. и Хантер, Т. Транскрипционный контроль фосфорилированием белка: передача сигнала от поверхности клетки к ядру. Current Biology 5 , 747–757 (1995).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

87. Цанг, Э. и др. . Молекулярный механизм переключателя активации Syk. Журнал биологической химии 283 , 32650–32659 (2008).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

88. Ким, Х.Х. и др. . HuR привлекает let-7/RISC для репрессии экспрессии c-Myc. Гены и развитие 23 , 1743–1748 (2009).

    Артикул КАС Google ученый

89. Томинага, К. и др. . Конкурентная регуляция экспрессии нуклеолина с помощью HuR и миР-494. Молекулярная и клеточная биология 31 , 4219–4231 (2011).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

90. Шрикантан, С. и др. . Трансляционный контроль TOP2A влияет на эффективность доксорубицина. Молекулярная и клеточная биология 31 , 3790–3801 (2011).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

91. Han, J. R., Yiu, G. K. & Hecht, N. B. РНК-связывающий белок семенников/мозга прикрепляет трансляционно репрессированные и транспортируемые мРНК к микротрубочкам. Труды Национальной академии наук 92 , 9550–9554 (1995).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

92. Элиша З., Хавин Л., Рингель И. и Исраэли Дж. Белок, связывающий РНК Vg1, опосредует ассоциацию РНК Vg1 с микротрубочками в ооцитах Xenopus. Журнал EMBO 14 , 5109–5114 (1995).

    ПабМед ПабМед Центральный КАС Статья Google ученый

93. Глисович Т., Бачорик Дж. Л., Йонг Дж. и Дрейфус Г. РНК-связывающие белки и посттранскрипционная регуляция генов. письма ФЭБС 582 , 1977–1986 (2008).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

94. Chicurel, M.E., Singer, R.H., Meyer, C.J. & Ingber, D.E. Связывание интегрина и механическое натяжение вызывают движение мРНК и рибосом к фокальным спайкам. Природа 392 , 730–733, https://doi.org/10.1038/33719 (1998).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Статья КАС Google ученый

95. Parker, R. & Sheth, UP Тела и контроль трансляции и деградации мРНК. Молекулярная клетка 25 , 635–646 (2007).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

96. «>

    Эулалио, А., Бем-Ансмант, И. и Изаурральде, Э. П. Тела: на перекрестке посттранскрипционных путей. Обзоры природы Молекулярно-клеточная биология 8 , 9 (2007).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

97. Кедерша, Н. и Андерсон, П. Гранулы стресса млекопитающих и перерабатывающие органы. Методы энзимологии 431 , 61–81 (2007).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

98. Кедерша Н. и др. . Стрессовые гранулы и процессинговые тела представляют собой динамически связанные сайты ремоделирования мРНП. Журнал клеточной биологии 169 , 871–884 (2005).

    ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

99. Wilczynska, A., Aigueperse, C., Kress, M., Dautry, F. & Weil, D. Трансляционный регулятор CPEB1 обеспечивает связь между телами dcp1 и стрессовыми гранулами. J Cell Sci 118 , 981–992 (2005).

    ПабМед Статья КАС Google ученый

100. Каваи, Т., Фан, Дж., Мазан-Мамцарц, К. и Гороспе, М. Глобальная стабилизация мРНК преимущественно связана с репрессией трансляции во время стрессовой реакции эндоплазматического ретикулума. Молекулярная и клеточная биология 24 , 6773–6787 (2004).

     ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

101. Андерсон, П. и Кедерша, Н. Гранулы стресса: Дао сортировки РНК. Тенденции биохимических наук 33 , 141–150 (2008).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

102. Ингбер, Д. Э., Ван, Н. и Стаменович, Д. Тенсегрити, клеточная биофизика и механика живых систем. Отчеты о достижениях в области физики 77 , 046603 (2014).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet пабмед Статья КАС Google ученый

103. Ху, С., Чен, Дж., Батлер, Дж. П. и Ван, Н. Престресс опосредует распространение силы в ядре. Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях 329 , 423–428 (2005).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

104. Маниотис, А. Дж., Чен, К. С. и Ингбер, Д. Э. Демонстрация механических связей между интегринами, цитоскелетными филаментами и нуклеоплазмой, которые стабилизируют структуру ядра. Труды Национальной академии наук 94 , 849–854 (1997).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

105. Versaevel, M., Grevesse, T. & Gabriele, S. Пространственная координация между формой клетки и ядра в эндотелиальных клетках с микроузором. Связь с природой 3 , 671 (2012).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Статья КАС Google ученый

106. Рамдас Н.М. и Шивашанкар Г. Цитоскелетный контроль ядерной морфологии и организации хроматина. Журнал молекулярной биологии 427 , 695–706 (2015).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

107. Пох, Ю.-К. и др. . Индуцированная динамической силой прямая диссоциация белковых комплексов в ядерном теле живых клеток. Связь с природой 3 , 866 (2012).

     ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

108. Элангован, В. Р. и др. . Индуцированные эндотоксином и механическим стрессом эпигенетические изменения в регуляции промотора никотинамидфосфорибозилтрансферазы. Легочное кровообращение 6 , 539–544 (2016).

     ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

109. де Ока, Р. М., Ли, К. К. и Уилсон, К. Л. Связывание фактора барьера аутоинтеграции (BAF) с гистоном h4 и выбранными линкерными гистонами, включая h2. 1. Journal of Biological Chemistry 280 , 42252–42262 (2005).

     Артикул Google ученый

110. де Ока, Р. М., Шумейкер, С. Дж., Гусек, М., Коул, Р. Н. и Уилсон, К. Л. Протеом фактора, препятствующего аутоинтеграции, выявляет партнеров, регулирующих хроматин. PloS one 4 , e7050 (2009 г.).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

111. Luo, X. & Kraus, W.L. О PAR с PARP: сигнализация клеточного стресса через поли(АДФ-рибозу) и PARP-1. Гены и развитие 26 , 417–432 (2012).

     Артикул КАС Google ученый

112. «>

     Wang, J., Liu, L., Xia, Y. & Wu, D. Ингибирование поли(АДФ-рибозо)полимеразы-1 подавляет индуцированную гиперрастяжением экспрессию воспалительных цитокинов in vitro . Acta Biochim Biophys Sin 46 , 556–564 (2014).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

113. Кене, Д. и др. . Гистоновый субкод: поли(АДФ-рибоза) полимераза-1 (Parp-1) и Parp-2 контролируют дифференцировку клеток, регулируя транскрипционный промежуточный фактор TIF1β и белок гетерохроматина HP1α. Журнал FASEB 22 , 3853–3865 (2008 г.).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

114. Лахнер, М., О’Кэрролл, Д., Ри, С., Мехтлер, К. и Йенувейн, Т. Метилирование гистона h4 лизина 9 создает сайт связывания для белков HP1. Природа 410 , 116 (2001).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Статья КАС Google ученый

115. «>

     Хирагами-Хамада, К. и др. . Динамичный и гибкий h4K9Соединение me3 посредством димеризации HP1β устанавливает пластическое состояние конденсированного хроматина. Связь с природой 7 , 11310 (2016).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

116. Тан, Ю. и др. . Мягкость матрикса регулирует пластичность репопулирующих опухоль клеток посредством деметилирования h4K9 и экспрессии Sox2. Связь с природой 5 , 4619(2014).

     ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

117. Лунд, П. К. и др. . Использование глобальных паттернов генной экспрессии для характеристики аннексина V положительных и отрицательных человеческих моноцитов в культуре. Скандинавский журнал клинических и лабораторных исследований 69 , 251–264 (2009).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

118. Samet, I., Han, J., Jlaiel, L., Sayadi, S. & Isoda, H. Экстракт листьев оливы (Olea europaea) индуцирует апоптоз и дифференцировку моноцитов/макрофагов в клетках хронического миелогенного лейкоза человека K562: понимание основного механизма. Окислительная медицина и клеточное долголетие 2014 (2014).

119. Вада, С. и др. . Экспрессия генов при усиленном апоптозе клеток лимфомы человека U937, обработанных комбинацией различных генераторов свободных радикалов и гипертермией. Исследование свободных радикалов 41 , 73–84 (2007).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

120. Тан, Х., Юэн, К., Тан, Х. и Фунг, М. Обратимость апоптоза в раковых клетках. Британский журнал рака 100 , 118 (2009).

     ПабМед Статья КАС Google ученый

121. Тан, Х.Л. и др. . Выживаемость клеток, повреждение ДНК и онкогенная трансформация после временного и обратимого апоптотического ответа. Молекулярная биология клетки 23 , 2240–2252 (2012).

     ПабМед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

122. Вс, Г. и др. . Молекулярная подпись для анастаза, восстановления на грани апоптотической гибели клеток. Журнал клеточной биологии , jcb. 201706134 (2017).

123. Эйерманн, П. и др. . Адаптация двумерного клиностата для моделирования экспериментов в условиях микрогравитации с прикрепленными клетками. Наука и техника в условиях микрогравитации 25 , 153–159 (2013).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья КАС Google ученый

124. «>

     Мухопадхьяй, С. и др. . Конвейер системной биологии идентифицирует новые иммунные и связанные с болезнями молекулярные сигнатуры и сети в клетках человека во время воздействия микрогравитации. Научные отчеты 6 , 25975 (2016).

     ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

125. Иден, Э., Навон, Р., Стейнфельд, И., Липсон, Д. и Яхини, З. GOrilla: инструмент для обнаружения и визуализации расширенных терминов GO в ранжированных списках генов. Биоинформатика BMC 10 , 48 (2009).

     ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Успешный космический эксперимент всегда является результатом тяжелой и самоотверженной работы, высочайшего профессионализма, предельной точности и прочности. Проводится большими коллективами и на протяжении многих лет. Почти невозможно отметить каждого, кто внес свой вклад, но очевидно, что этот эксперимент был бы невозможен без драгоценного и тяжелого труда столь многих. Мы благодарны Немецкому аэрокосмическому центру (DLR), Airbus DS GmbH, Передвижной ракетной базе DLR (MORABA), Шведскому космическому сотрудничеству (SSC) и Novespace за их выдающуюся поддержку и отличную и высокопрофессиональную командную работу. Мы особенно благодарны Маркусу Брауну, Ульрике Фридрих, Клаудии Филпот, Отфриду Йоопу, Тьерри Гарибу, Фредерику Гаю, Кристофу Мора и Микаэлю Тойре. Мы выражаем благодарность за техническую поддержку Соне Краммер, Мириам Кристен, Брите Шольте и Изабель Баттрон. Мы также выражаем благодарность Ютте Мюллер и Марианне Отт за их административную поддержку. Мы с благодарностью признательны за поддержку ВВС Швейцарии. Мы очень благодарны Аннетт Шнайдер-Солис за прекрасное сотрудничество в области взаимодействия со СМИ. Мы также благодарны за финансовую поддержку DLR (грант № 50WB1219и 50WB1519). Только благодаря сотрудничеству всех этих партнеров наш проект стал возможен. Мы с благодарностью отмечаем выдающийся вклад каждого из них.

Информация об авторе

Примечания автора

1. Кора С. Тиль и Свантье Таубер внесли равный вклад.

Авторы и филиалы

1. Институт анатомии, медицинский факультет, Цюрихский университет, Winterthurerstrasse 190, 8057, Цюрих, Швейцария

   Кора С. Тиль, Свантье Таубер, Свантье Кристоффель, Беатрис А. Лаубер, Дженнифер Польцер, Катрин Полсен, Кристиан Рэйг, Лилиана Э. Лайер и Оливер Ульрих

2. Департамент машиностроения, инженерного проектирования и разработки продукции, Институт Магдебургского университета им. Отто фон Герике, Universitätsplatz 2, 39106, Магдебург, Германия

   Кора С. Тиль, Свантье Таубер, Свантье Кристоффель и Оливер Ульрих

3. Core Facility Genomic, Медицинский факультет Мюнстера, Университет Мюнстера, Университет Альберта Швейцера 1, D3, Домагштрассе 3, 48149, Мюнстер, Германия

   Андреас Хьюг

4. KEK GmbH, Kemberger Str. 5, 06905, Bad Schmiedeberg, Germany

   Hartwin Lier & Frank Engelmann

5. Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Carl-Zeiss-Promenade 2, 07745, Jena, Germany

   Frank Engelmann

6. Airbus DS GmbH, Аэробус-Аллея 1, 28199, Bremen, Germany

   Burkhard Schmitz & Andreas Schütte

7. Zurich Center for Integrative Human Physiology (ZIHP), University of Zurich, Winterthurerstrasse 190, 8057, Zurich, Switzerland

   Oliver Ullrich

Authors

1. Cora S. Thiel

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Svantje Tauber

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Swantje Christoffel

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Andreas Huge

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Beatrice A. Lauber

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

6. Jennifer Polzer

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

7. Katrin Paulsen

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

8. Hartwin Lier

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

9. Frank Engelmann

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

10. Burkhard Schmitz

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

11. Andreas Schütte

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

12. Christiane Raig

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

13. Liliana E. Layer

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

14. Oliver Ullrich

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Взносы

O.U., C.T. и С.Т. разработал концепцию исследования, разработал конфигурацию полета и отвечал за общую реализацию биологического полета, включая проектирование, оптимизацию, стандартизацию и проверку сценария миссии. К.Т., С.Т., С.К., Б.Л., Дж.П., К.П., К.Р., Л.Л. и О.У. провел летные эксперименты. Х.Л., Ф.Э., А.С. и Б.С. отвечали за техническую часть летных экспериментов и участвовали в проектировании и строительстве аппаратуры, подготовке аппаратуры, интеграции экспериментов и выполнении на всех этапах эксперимента космического полета. А.Х. и К.Т. провели анализ данных микрочипов вместе с С.Т. и С.К.О.У. и К.Т. руководил исследованием в дополнение к планированию, координации и выполнению миссии эксперимента и анализу данных, а также написал и отредактировал рукопись вместе со всеми соавторами. Все авторы внесли свой вклад в рукопись.

Авторы переписки

Переписка с Кора С. Тиль или Оливер Ульрих.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Электронный дополнительный материал

GOrilla анализ

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на первоначальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эту статью цитирует

• Макрофаги в условиях невесомости: влияние космоса на иммунные клетки

  • Кристофер Лудтка
  • Джастин Зильберман
  • Жозефина Б. Аллен

  нпдж Микрогравитация (2021)

• Изменения экспрессии генов у Euglena gracilis, полученные в течение 29 лет.Кампания DLR Parabolic Flight

  • Юлия Крюгер
  • Питер Рихтер
  • Майкл Леберт

  Научные отчеты (2019)

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Какой шок — Ньютон прав! — KEGEL

By Lou Trunk — Профессиональный установщик дорожек
Двукратный обладатель награды BPAA Special Projects Award
Установщик национальных турнирных дорожек USBC и/или дежурный менеджер по обслуживанию с 1987 г. ранее, проводя революционные эксперименты и собирая данные со всего мира. Мы внимательно изучали различные формы дорожек, создавали формулы, устраивали ночные джемы и наблюдали, как тысячи шаров для боулинга летят по дорожке, пытаясь доказать и опровергнуть, как топография влияет на движение и направление шара для боулинга, когда он катится. от линии фола до конца пиндека. Обратите внимание, что мы не написали пин-код. Прочитав всю серию, вы поймете, почему.

Эта серия статей может быть самой важной темой, которую игроки, владельцы, организаторы турниров и администраторы игры когда-либо читали о технической стороне современного боулинга.

Ньютон Верно!

«Мысленные эксперименты», которые мы, наряду с очень немногими другими, проводили в уме на протяжении более 20 лет, наконец вышли на улицы в начале ноября 2009 г. в виде реально измеренных реальных жизненных ситуаций топографии дорожек, на какие реальные игроки в боулинг различных стилей делали удары, которые производили наблюдаемые и измеряемые CATS™ реакции мяча.

Первоначальные тесты были захватывающими и воодушевляющими для Джона Дэвиса, Билла Монжо, Теда Томпсона и меня, но, вероятно, не столь шокирующими для сэра Исаака. Действительно, оказывается, что первый и второй законы Ньютона действительно применимы к игре в боулинг.

С точки зрения непрофессионала, эти эксперименты включают три основных принципа:

1. Импульс (и закон сохранения импульса): импульс тела равен массе, умноженной на его скорость p=mv (p — символ импульса) .

2. Первый закон движения Ньютона , который гласит, что в отсутствие силы движущееся тело будет двигаться по прямой линии с постоянной скоростью.

3. Второй закон движения Ньютона , который гласит, что когда к телу приложена сила, ускорение происходит в направлении силы.

Наиболее важным в отношении второго закона Ньютона для наших экспериментов является то, что результирующая сила, действующая на объект, равна скорости изменения его импульса во времени.

Например, чем больше импульс у мяча, тем больше силы потребуется, чтобы воздействовать на мяч, чтобы изменить его траекторию на определенное расстояние.

В боулинге гравитационная сила, действующая на шар для боулинга, исходит от наклонов, впадин и вершин дорожки. И заметьте, нигде на этой планете нет идеально ровной дорожки.

Почти все в индустрии боулинга рассматривают поверхность дорожки как двухмерную поверхность. Плоская плоскость или оси X и Y, где ось X соответствует ширине полосы движения, а ось Y — длине полосы движения. Если бы дорожка была просто двухмерной, гравитация была бы просто постоянной на протяжении всего путешествия шара для боулинга по любой дорожке. Это просто никогда не бывает, и часто не принимаемая во внимание ось Z — изменение высоты — оказывает значительное влияние на движение мяча.

В наших экспериментах мы рассмотрели ситуацию с силой, импульсом и инерцией. Константами повторных выстрелов были масса (вес мяча), поверхность дорожки, сила тяжести, тип масла и рисунок масла; которые в совокупности создают определенную форму траектории мяча для определенного боулера с определенным мячом на плоской поверхности. Потом мы изменили только топографию, и тут-то и начался «шок». И это было шоком для нас, но не для сэра Исаака Ньютона.

Наклон каждой доски является ключом!

Первое, что мы должны объяснить, это создание совершенно нового термина в боулинге под названием «Склон на доске». С изобретением картографа дорожек Кегеля, путем снятия показаний выпуклости и углубления каждой доски на дорожке, а затем добавления одного показания поперечного наклона к каждой доске, мы можем рассчитать наклон каждой доски на любом расстоянии на дорожке для боулинга .

Чтобы полностью понять значение этого чтения, мы должны понять, что, когда шар для боулинга движется по дорожке от линии фола к кеглю, он просто реагирует на любую гравитационную силу, действующую на шар, на какой бы конкретной доске он ни находился. любой момент времени, и ему не важен наклон окружающих досок.

Например, мы знаем, что дорожка для боулинга состоит из 39досок, и если дорожка для боулинга наклонена вверх вправо на 40/1000” (1 мм), что является максимально допустимым значением в соответствии с правилами спецификации, это даст нам значение наклона на доску около 1/1000” (0,025 мм). ) для каждой доски на дорожке.

 

Если мы удвоим этот поперечный наклон до 80/1000” (2 мм), что в два раза превышает допустимую величину в соответствии с правилами спецификации, это даст нам значение уклона на доску 2/1000” (0,050 мм). ) для каждой доски.

Другим примером, который даст нам то же значение уклона 2/1000″ на доску, но будет соответствовать текущей спецификации, будет V-образный выступ 40/1000″ или углубление непосредственно к центру дорожки (уклон 0,040″). /20 досок = уклон 0,002 дюйма/доска.)

Мяч не интересует спецификация. Он ощущает точно такое же гравитационное воздействие в 0,002 дюйма при каждом сценарии — в одном сценарии вдвое больше допустимого, а в другом — в полном соответствии со спецификацией.

Далее, как только мы введем в уравнение выпуклости и углубления, значение поперечного наклона на одну доску может значительно увеличиться или даже уменьшиться, и в зависимости от того, каков гравитационный наклон, он будет влиять на шар для боулинга влево или вправо, когда он движется вниз и по поверхности полосы движения.

Что мы сделали?

До сих пор мы вводили «силу» в шар, гравитационную силу. Мы сформировали несколько регулируемых дорожек Kegel Training Center с постоянными гравитационными формами по отношению к дорожке, но противоречащими гравитационным силам по отношению к инерционной траектории мяча.

На одной паре дорожек мы создали как можно более неуравновешенную гравитационную силу, максимально плоскую. Это дает нам эталонную реакцию движения шара, когда на шар для боулинга действует постоянная гравитационная сила, когда он катится по дорожке.

В другой паре мы создали две противоположные фигуры.

На одной дорожке был законный гравитационный дисбаланс примерно 0,003 дюйма на доску (SPB) в нижней левой части для правши, играющей где-то с 1-20 досок. Мы сделали это, создав низкий левый поперечный наклон 0,040 дюйма (0,001 дюйма SPB), а также плавное V-образное углубление 0,040 дюйма от обеих досок 1 до 20 досок (0,002 дюйма SPB), что дает нам этот 0,003 дюйма. за эффект наклона доски к центру дорожки для правши.

На соседней полосе мы создали нижний правый эквивалент. Мы сделали это, изменив то, что сделали на соседней дорожке.

Важно отметить, что сама эта форма дает наклон всего 0,001 дюйма для левши, играющего где-либо с досок 1-20 на своей стороне, поскольку комбинация наклона и короны/впадины усугубляет наклон для правши, но частично уравновешивают левшу.

И, наконец, точно так же, как на рисунках выше, мы создали две дорожки с реальными ситуациями чистого гравитационного дисбаланса примерно 0,005 дюйма наклона на доску. Одна дорожка с гравитационной силой направлена ​​к центру дорожки, а другая гравитационная сила направлена ​​к правому желобу для игрока-правши, которая снова была противоположной, но почти плоской для левши из-за уравновешивающей комбинации поперечный наклон плюс корона и депрессия.

Что мы увидели?

Ньютон был бы горд. У левшей все пары были примерно одинаковыми. У правшей точно нет. Относительное влияние на шар для боулинга было пропорциональным по трем причинам. Во-первых, влияние на траекторию мяча при уклоне 0,005 дюйма на доску было почти вдвое больше, чем при уклоне 0,003 дюйма на доску в направлении наклона.

Во-вторых, эффект был пропорционально меньше для более высоких скоростей мяча и больше для более низких скоростей мяча. Чем быстрее был брошен мяч, тем меньше досок мяч не попадал в намеченную точку останова из-за гравитационных эффектов топографии дорожки.

Помните, что смещение, вызванное гравитационным воздействием, является функцией времени, затраченного на воздействие, поэтому логично: большая скорость = меньше времени на воздействие = меньшее смещение.

Конечно же, различия в двух противоположных полосах силы тяжести были пропорционально больше для игроков с более низкой скоростью мяча. И в-третьих, на более легкие мячи пропорционально больше влияет определенный наклон.

Смещение, вызванное гравитационным воздействием, является функцией времени, затраченного на воздействие.

Итак, на данный момент то, что мы тестировали до сих пор, были дорожками для боулинга с постоянной гравитационной силой, направленной внутрь или наружу, и боулерами с различной скоростью и весом шара относительно самих себя — сравнение данных боулера с его собственными данными о различных формы. Затем мы собрали данные, сравнивающие боулеров с другими боулерами. Боулер А играет прямо на 5-й доске, а Боулер Б играет 20 до брейк-пойнта 5.

Для боулера А ситуация, когда мяч попал в кегли, сильно отличалась, так как его шар почти постоянно перемещался на 9Угол 0 градусов к вектору гравитационной силы. Чистое изменение положения удара было наибольшим при использовании этого стиля на этих противоположных формах дорожек.

Чистое изменение позиции при ударе Боулера Б не было столь значительным, как у Боулера А, потому что сила тяжести Боулера Б смещала его мяч под чуть более тупым углом (угол больше 90° и меньше 180°).

Результаты для двух углов запуска очень разные и очень важные.

Может показаться, что кошмарная пара для игрока типа «вниз-в-внутрь» — это одна дорожка, полностью наклоненная влево, и одна дорожка, полностью наклоненная вправо, потому что его мяч постоянно подвергается воздействию почти перпендикулярно траектории его мяча на протяжении всего его пути от линия фола к кеглям, поэтому изменение точки удара огромно. Столько же, сколько попадание в карман на одной дорожке и попадание только в 3 справа (6-9-10 кеглей) на другой.

Мяч бумера (Bowler B) имел меньшее перпендикулярное гравитационное воздействие на пути вниз по дорожке как к контрольной точке, так и от нее в этой ситуации с полностью левым или правым склоном. Точка удара не меняется так сильно, как Bowler A, но меняется сила удара и форма траектории мяча.

Форма траектории мяча Боулера Б была больше похожа на кривую на всем левом склоне, покрывающем гораздо меньше досок. Было легче контролировать выстрел, и он был менее чувствителен к скорости, но вызывал меньший процент карманного переноса. На всем правом склоне форма траектории мяча Боулера Б была больше похожа на реакцию типа заноса, охватывая больше досок, но с меньшим контролем. Мяч также был более чувствительным к скорости, однако у него был более высокий процент выноса из лузы.

Ньютон, безусловно, согласился бы с тем, что, чтобы быть справедливым ко всем игрокам, всем весам мячей, всем скоростям и всем углам запуска, FLAT является единственной справедливой ситуацией, и чем дальше мы отклоняемся от плоскости, тем более несправедливой становится игра.

Более легкие шары для боулинга и более медленная скорость шара больше подвержены влиянию в неплоских ситуациях, чем более тяжелые шары для боулинга и более высокая скорость шара.

Кроме того, гравитационные эффекты впадин, вершин и наклонов имеют самые разные эффекты при различных углах запуска. Чем больше дорожка для боулинга отклоняется от плоскостности, тем больше эти гравитационные эффекты по-разному влияют на разные стили игры.

Итак, пришло время продолжить наше тестирование, повторяя каждый тест снова и снова. История продолжается.

Ньютон… какой парень.

больше читать

№ 1534: Ускорение

№ ​​1534: УСКОРЕНИЕ Джон Х. Линхард Щелкните здесь для прослушивания аудио эпизода 1534. Сегодня давайте подумаем о падении. Университет Инженерный колледж Хьюстона представляет это сериал о машинах, которые делают наши цивилизация управляется, и люди, чья изобретательность создал их. Концепция чего-либо ускорение плохо видно без вычисления и графики. Но ускорение с нами каждое мгновение бодрствования. Мы все плаваем в одном море равномерное гравитационное ускорение. Мы чувствуем все это время. Каждый раз, когда мы роняем или бросаем предмет, гравитация действует на него таким же образом. Прыгать с высотой пять футов, и вы ударитесь о землю на восемнадцать футов в секунду. С десятифутовой стены, это становится двадцать пять футов в секунду. Поэтому, когда вы удваиваете высоту, вы не удваиваете скорость, которую вы достигаете. Скорость растет только как квадрат корень высоты падения. Кстати, ты начните подвергать опасности свои конечности примерно на двадцати футах в секунду (в зависимости от вашего возраста и физической условие). Гравитация ускорит любой объект со скоростью 32 футов в секунду в секунду. Но что нам делать с этот номер? Это означает, что если мы попадемся на одну секунду мы достигнем скорости 32 фута в секунду второй. Через две секунды мы достигаем 64 фута в секунду. второй. Скорость возрастает как квадратный корень высоты, а в прямо пропорциональна времени. Таким образом, ускорение сложнее, чем могло бы сначала казаться. Ничто не ускоряется, пока на него не действует сила Это. Но мы не чувствуем силы, когда падаем. Сила есть гравитация, действующая на каждую молекулу в нашем тела, но сила не встречает сопротивления, поэтому мы чувствуем ничего такого. Пока мы не встанем на твердый пол, мы чувствовать силу тяжести. пол это что сопротивляется гравитации и действует только на наши ноги. Таким образом, орбитальный астронавт, не чувствующий гравитации, в вечном свободном падении, постоянно ускоряющемся к Земле и одновременно устремляясь вперед. Космический шаттл продолжает падать с прямой путь, но достаточно быстрый, чтобы оставаться постоянная высота над Землей при падении — и падает и падает. Качайте камень на веревке, и он следует за тем же своего рода круговой путь, как это делает космический шаттл. Но нет значительной силы тяжести, чтобы притягивать камень к себе. Вот почему вы должны были замените гравитацию строкой. Теперь ты чувствуешь сколько силы нужно, чтобы разогнать камень от прямого полета. Конечно, большинство ускорений не имеют равномерность гравитации. Поднимающийся лифт сначала разгоняется, и мы чувствуем свой вес увеличиться на несколько фунтов. Когда мы замедляемся на 18-й этаж, наш вес чуть-чуть падает. (Что может быть приятным чувством.) Но слишком многие этого не понимают, например автомобилисты. кто задним бортом или не замедляется для кривой на ледяная дорога. Ускорение может обмануть нас. Вот почему Исаак Ньютон, который впервые объяснил, как сила и связаны с ускорением, был также изобретателем исчисление — особый язык для объяснения как вещи меняются во времени и пространстве. Ускорение намного яснее, когда у нас есть этот новый язык чтобы описать это. И я слышу отголоски прекрасного старого высказывание о языке математики: «Математика позволяет дуракам делать то, что без нее могли бы делать только гении». Я Джон Линхард из Хьюстонского университета. где нас интересует, как изобретательные умы Работа. (Музыкальная тема) Я не включаю справочный материал в этот эпизод, так как идеи в нем можно найти в любом начале книга по физике на уровне средней школы или колледжа. Некоторые полезные выражения для движения тела, начинается стационарно и на него действует равномерная гравитация, a, за время, t, составляют: 92. (Фото предоставлено НАСА) Астронавт Мэри Эллен Вебер, невесомая и падение в самолете КС-135. Летая в баллистический парабола, самолет движется как снаряд. Двигатели нашей изобретательности Copyright © 1988-2000 Джон Х. Линхард. Предыдущий эпизод | Поиск эпизодов | Индекс | Главная | Следующая серия

Сильная гравитация — Викиверситет

Сильная гравитация — фундаментальное гравитационное взаимодействие на уровне элементарных частиц, одна из составляющих сильного взаимодействия в физике согласно гравитационной модели сильного взаимодействия. Предполагается, что сильная гравитация и электромагнитные силы ответственны за образование и целостность вещества элементарных частиц и ядер атомов, а также участвуют во взаимодействиях между электронами и ядрами в атомах и молекулах. Для описания сильной гравитации используются уравнения лоренц-инвариантной теории гравитации.

Содержание

• 1 История
• 2 приложения
  • 2.1 Адроны
  • 2.2 Электрон
  • 2.3 Взаимодействие нуклонов в атомном ядре
  • 2.4 Странные частицы
  • 2.5 Межатомное взаимодействие
  • 2.6 Фотон
• 3 Каталожные номера
• 4 См. также
• 5 Внешние ссылки

После открытия электрона в 1897 г., протона в 1919, и нейтрона в 1932 г., и их составов в виде атомных ядер, атомов и молекул, возникла необходимость описать силы, действующие между частицами и связывающие их вещество. В большинстве случаев поведение электрона и протона, помещенных во внешнее электромагнитное поле, удовлетворительно описывается электромагнитными силами. Это привело к стандартной электромагнитной модели атома. Что касается взаимодействия нуклонов в атомных ядрах, то первоначально была принята гипотеза японского физика Х. Юкавы о связи между частицами посредством мезонов, преимущественно пионов. Затем в рамках кварковой теории все адроны стали считать состоящими из кварков.

Однако идея о том, что фундаментальное взаимодействие между набором элементарных частиц должно происходить за счет действия другого набора элементарных частиц, принадлежит атомистической теории, но противоречит Теории Бесконечной Иерархической Вложенности Материи. Действительно, реакции между элементарными частицами подчиняются законам сохранения энергии, импульса и электрического заряда; материя, энергия-импульс и заряд одного сорта частиц переходят в соответствующие количества других частиц, но это не значит, что носителем и причиной взаимодействий являются сами элементарные частицы. Взаимодействие нуклонов друг с другом посредством пионов плохо согласуется с кварками и глюонами, которые используются для описания целостности адронов, из-за проблемы ненаблюдаемости кварков в свободном состоянии и неопределенности преобразования сил между кварками внутри каждого из нуклонов в сильное взаимодействие между различными нуклонами в атомном ядре. Введение виртуальных частиц с их экзотическими свойствами (малое время жизни, одновременная генерация частиц и античастиц и т. д.) не спасает ситуацию. Таким образом, абстрактное объяснение электромагнитного взаимодействия двух зарядов с помощью виртуальных фотонов как квантов поля до сих пор остается утверждением, не подкрепляемым конкретной моделью процесса взаимодействия.

Среди попыток объяснить сильное взаимодействие в связи с гравитацией есть гипотеза, что в модели адронных мешков адроны являются микровселенными де Ситтера, в которые заключены кварки. Радиус адронов, соответствующий радиусам этих микровселенных, связан с сильной гравитационной постоянной и соответствующей космологической постоянной. ^[1] Для объяснения свойств адронов в предположении сильного гравитационного взаимодействия описываются аналогии между адронами и черными дырами Керра — Ньюмена. 9{-15}} m,

здесь mp{\displaystyle ~m_{p}} — масса протона, c{\displaystyle ~c} — скорость света, k{\displaystyle ~k} — коэффициент, зависящий от на распределение материи в случае однородной плотности массы протона k = 0,6 {\ displaystyle ~ k = 0,6}. Согласно самосогласованной модели ^{[7] [8]} для протона k=0,62{\displaystyle ~k=0,62}.

Полученное значение  Rp{\displaystyle ~R_{p}} совпадает с экспериментально полученными размерами протона и нейтрона, ^[9] подтверждающие справедливость идеи сильной гравитации. В то же время данное равенство предполагает объяснение сущности энергии покоя тел как энергии, связанной с сильным тяготением нуклонов вещества тел. Согласно эквивалентности массы и энергии остальная энергия покоя нуклона пропорциональна его массе. С другой стороны, полная энергия нуклона включает в себя энергию сильного гравитационного поля, которая пропорциональна квадрату массы, и внутреннюю энергию вещества нуклона, которая пропорциональна массе вещества в выражении для кинетической энергии. В результате полная энергия пропорциональна только массе, как и вся энергия покоя. 9{-15}} м.

В качестве модели возникновения сильной гравитации используется модернизированная теория гравитации Лесажа, которая становится универсальной с учетом Теории Бесконечной Иерархической Вложенности Материи. ^{[11] [12]}

На звездном уровне вещества аналогами нуклонов являются нейтронные звезды, целостность которых поддерживается обычной силой гравитации и силой давления в веществе, возникающей при отталкивании нуклонов друг от друга. Точно так же в веществе нуклонов происходит компенсация сильной гравитации и силы внутреннего давления (см. модель субстанционального нейтрона и модель субстанционального протона). В этой картине для устойчивости нуклонов и описания их свойств кварки не требуются, в отличие от стандартной квантовой хромодинамики. В то же время в модели кварковых квазичастиц кварки рассматриваются не как реальные частицы внутри адронов, а как квазичастицы, составные элементы вещества адронов, несущие массу, заряд и магнитный момент. Это обеспечивает наблюдаемую симметрию свойств адронов. В свою очередь, сами кварки можно свести к комбинациям двух адронных фаз материи. ^[13] Анализ семейств адронов Редже также показывает, что их можно объяснить с учетом квантования спина и состояния материи частиц, удерживаемых сильным гравитационным полем.

Электрон[править | править код]

Сильная гравитация существенно влияет на построение модели электрона, приводя к содержательной модели этой частицы. В частности, заряд электрона настолько велик, что сильная гравитация не способна удержать вещество электрона от кулоновской электрической силы отталкивания зарядов. Поэтому устойчивость электрона в атоме возможна только в виде рассеянного электронного облака (диска) и за счет сил притяжения к ядру от сильной гравитации и заряда ядра. Другой факт — квантование энергетических уровней и орбитального углового момента электрона в атоме — объясняется тем, что поток кинетической энергии движения электронной материи вокруг ядра равен сумме энергии потоки от сильной гравитации и электромагнитного поля. ^[13] Это приводит к стационарным состояниям электрона в атоме, в которых он не излучает. Для атома водорода также установлено, что магнитная энергия ядра в магнитном поле электрона равна энергии спина ядра в торсионном поле сильной гравитации электрона при предельном вращении ядра. ^[7]

Взаимодействие нуклонов в атомном ядре[править | править источник]

Эксперименты с рассеянием нуклонов друг на друге позволяют оценить эффективный потенциал сильного взаимодействия, действующего между этими частицами. ^[14] По мере уменьшения расстояния сила взаимодействия быстро возрастает. Для описания этой силы используется гравитационная модель сильного взаимодействия, в которой ядерные силы представляют собой сумму притяжения от сильной гравитации, отталкивания спинов нуклонов за счет торсионного поля сильной гравитации, а также от действия электромагнитных сил. На коротких дистанциях преобладает сила отталкивания спинов, которая обратно пропорциональна четвертой, а затем и пятой степени расстояния. На больших расстояниях происходит притяжение нуклонов, в основном от сильной гравитации. На расстояниях, близких к радиусу нуклона, нейтрон и протон находятся в равновесном состоянии, что дает дейтрон как простейшее атомное ядро ​​с двумя нуклонами. ^[13] Учет сильной гравитации позволяет построить модель простейших ядер и их геометрическую конфигурацию, а также объяснить зависимость удельной энергии связи атомных ядер от их атомного номера за счет эффекта насыщения сильная гравитационная энергия и увеличение электрической энергии отталкивания протонов.

Странные частицы[edit | править источник]

В квантовой хромодинамике предполагается, что большое время жизни, присущее некоторым адронам, обусловлено наличием в них странных кварков. Однако модели странных частиц можно построить аналогично моделям атомных ядер, соединив нуклоны и мезоны под действием сильной гравитации. ^[7] Состав некоторых странных адронов описан в модели кварковых квазичастиц.

Межатомное взаимодействие[править | править код]

Взаимодействие атомов приводит к образованию молекул, а также простых и молекулярных веществ. В отличие от нуклонов в атомных ядрах, при взаимодействии атомов между ядрами всех атомов, а также между электронами действует сильная гравитация, дополняющая электромагнитные силы. При этом электронные диски, окружающие атомные ядра, благодаря быстрому вращению в них вещества, заряженного и ориентированного магнитным полем, имеют возможность экранировать гравитационные силы между ядрами, снижая их до уровня электрических сил. Равновесие атомов в молекулах и в веществах достигается при равновесии гравитационных и электромагнитных сил. С увеличением расстояния между атомами между ними возникает так называемая сила Ван-дер-Ваальса в виде быстро убывающего с расстоянием притяжения. Оценка с помощью теории тяготения Лесажа дает радиус действия сильной гравитации в веществе с плотностью порядка земной, около 0,7 м. ^[13]

Фотон[править | править источник]

Модель субстанциального фотона предполагает, что фотон состоит из праонов, связанных друг с другом посредством сильной гравитации. ^{[15] [16]} Это приводит к тому, что у фотона есть масса покоя, а также магнитный момент.

1. ↑ Салам, А., и Стратди, Дж. Удержание через тензорные калибровочные поля. Physical Review D, 1978, том 18, выпуск 12, стр. 4596-4609.
2. ↑ Сиварам, К. и Синха, К.П. Сильная гравитация, черные дыры и адроны. Физическое обозрение D, 1977, Том. 16, Выпуск 6, С. 1975-1978.
3. ↑ Реками Э. и Касторина П. Об удержании кварков: адроны как «сильные черные дыры». Письма Nuovo Cimento, 1976, Vol. 15, № 10, с. 347-350.
4. ↑ Павшич, М. (1978). Единая теория сильных и гравитационных взаимодействий. Нуово Чименто Б, Том. 48, с. 205-253.
5. ↑ Олдершоу Р. Л. Адроны как черные дыры Керра-Ньюмана. arXiv:astro-ph/0701006v4, 30 декабря 2006 г.
6. ↑ Федосин С.Г. Физика и философия подобия от преонов до метагалактик, Пермь, стр. 544, 1999. ISBN 5-8131-0012-1.
7. ↑ ^{7.0 7.1 7.2} Комментарии к книге: Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность материи. – Пермь, 2009, 844 страницы, ISBN 978-5-9
   1-1-0. (на русском).
8. ↑ Федосин С. Г. Радиус протона в самосогласованной модели. Адронный журнал, Vol. 35, № 4, стр. 349-363 (2012). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.889451.
9. ↑ Хофштадтер, Роберт, Метод рассеяния электронов и его применение к структуре ядер и нуклонов, Нобелевская лекция (11, 19 декабря).61).
10. ↑ Федосин С.Г. Современные проблемы физики: в поисках новых принципов, Едиториал УРСС, Москва (2002).
11. ↑ Федосин С.Г. Модель гравитационного взаимодействия в концепции гравитонов. Журнал векторной теории относительности, Vol. 2009. Т. 4, № 1. С. 1–24. http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.8

    .

12. ↑ Федосин С.Г. Гравитонное поле как источник массы и гравитационной силы в модернизированной модели Лесажа. Международный журнал физических наук, ISSN: 2348-0130, Vol. 8, выпуск 4, стр. 1-18 (2015). http://dx.doi.org/10.9734/PSIJ/2015/22197.
13. ↑ ^{13.0 13.1 13.2 13.3} Сергей Федосин, Физические теории и бесконечная иерархическая вложенность материи, Том 1, LAP LAMBERT Academic Publishing, страницы: 518-937-6080, ISBN 980
14. ↑ Исии Н.