《到太空去》失重现象

《到太空去》失重现象物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象叫失重。也就是视重小于实际重力，当近地物体的加速度向下时，其实际视重小于实际重力我们就称其处于失重状态当物体以加速度g向下加速运动时（自由落体）我们叫它完全失重状态。拿起一个装满水的杯子，将杯口朝下，水却不流出来；突然一松手，杯子并没有往下掉，而是稳稳的停在半空中……影片《卧虎藏龙》中大侠们“腾云驾雾，飞檐走壁”的绝技在太空飞行中可是易如反掌，你只要轻轻一点脚，人就会腾空而起，在空中自由的飞来飞去，本领之大，超过人们的想象。以上种种的现象就是人们通常所说的失重，它的机理是什么呢？原来，当一切物体在进行航天飞行时，它们的重量都不见了，这种现象称为“失重”。首先应该指出的是，“失重”是指物体失去重量，而不是失去重力。重量是物体对其周围相接触的物体或介质所表现出来的作用力；重力则是地球（或其他天体）对物体的引力。重量与重力（引力）有联系，又有区别。重量消失（等于零），不等于重力或引力消失（等于零）。我们可以说，失重就是零重量。失重物体的特征判断物体是否失重一个最重要的标志是，物体内部各部分、各质点之间没有相互作用力，即没有拉、压、剪切等任何应力。人在失重时的状况平衡是我们最常见的物体的一种运动状态。但是，力的平衡与失重完全是两回事。例如，人站在地上，坐在椅子上，躺在床上，乘坐飞机等速飞行等，都是处于力的平衡状态，但并不失重。因为在这些情况下，人体内部各部分之间都存在相互的作用力。真正的失重模拟，应使人体各部分特别是体内器官、内脏之间互相作用力消失。在这种情况下，人的前庭器官中的耳石由于失重，不再与周围的神经细胞接触而向中枢神经传输信号，从而丧失定向功能。前庭器官与人体主管呼吸、消化、循环、排泄、发汗等功能的植物神经系统有密切关系。所以，一旦前庭器官不起作用，身体内脏之间正常的相互作用消失，就会引起航天飞行员产生头晕、恶心、呕吐等症状。关于微重力的概念完全失重是一种理想的情况，在实际的航天飞行中，航天器除受引力作用外，不时还会受到一些非引力的外力作用。例如，在地球附近有残余大气的阻力，太阳光的压力，进入有大气的行星时也有大气对它的作用力。根据牛顿第二定律，力对物体作用的结果，是使物体获得加速度。航天器在引力场中飞行时，受到的非引力的力一般都很小，产生的加速度也很小。这种非引力加速度通常只有地面重力加速度的万分之一或更小。为了与正常的重力对比，就把这种微加速度现象叫做“微重力”。其实，航天器即使只受到引力作用，它的内部实际上也存在微重力，这是因为航天器不是一个质点，而是具有一定尺寸的物体。人们常用10-6—10-4g来表示航天器中微重力的水平。微重力越小，失重越完全。总之，失重状态只是理想状态，微重力才是实际情况。完全失重的定量分析：当a＝g时，支持力为N，由牛顿第二定律知：mg－N＝ma＝mg所以N＝0由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压力为0太空里的失重在环绕地球飞行的飞船上，失重的原因是g＝向心加速度，当速度达到第一宇宙速度能够环绕地球飞行时，发生这种失重，如果我们把地球比作环绕太阳飞行的飞船，我们也是处于相对太阳的“失重”状态，因为地球万物没有受到太阳“重力”的影响。失重和宇宙开发人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机进入轨道后，其中的人和物将处于失重状态。人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，可以认为是绕地球做圆周运动，做圆周运动的物体，速度的方向是时刻改变的，因而具有加速度，它的大小等于卫星所在高度处重力加速度的大小，这跟在以重力加速度下降的升降机中发生的情况类似，航天器中的人和物都处于完全失重状态。你能够想象出完全失重的条件下会发生什么现象吗？你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象。物体将飘在空中，液滴绝对呈球形，气泡在液体中将不上浮。宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”，食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中进入宇航员的眼睛、鼻孔……你还可以继续发挥你的想象力，举出更多的现象来。你还可以再想一想，人类能够利用失重的条件做些什么吗？下面举几个事例，将会帮助你思考，这里所举的事例，虽然还没有完全实现，但科学家们正在努力探索，也许不久的将来就会实现。在失重条件下，融化了的金属的液滴，形状绝对呈球形，冷却后可以成为理想的滚珠。而在地面上，用现代技术制成的滚珠，并不绝对呈球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一。玻璃纤维（一种很细的玻璃丝，直径为几十微米）是现代光纤通信的主要部件。在地面上，不可能制造很长的玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于它受到重力，将被拉成小段。而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维。在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料枣泡沫金属。在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实。同样的道理，在失重条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种合金。电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要为“6个9”至“8个9”，即%～%。在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中。而在太空中的“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可获得纯度极高的产品。在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受重力影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重条件下，晶体的生长是均匀的，生长出来的晶体也要大得多。在不久的将来，如能在太空建立起工厂，生产出砷化镓的纯晶体，它要