失重

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失重英语:weightlessness ),物体在引力场中自由运动时有质量而不表现重力的一种状态。又称零重力。失重是空间飞行发生的特殊环境之一。利用飞机做抛物线飞行或利用自由落体原理设计的失重塔只能提供短暂的失重。航天器在环绕地球运行或在行星际空间航行中处于持续的失重状态。在环绕地球运行的轨道上,如果只考虑地球引力,那么只有航天器的质心处于零重力,其他部分由于它们所受到的离心力与地球引力不能完全抵消而获得相对于质心的微加速度,称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动以及微小的气动阻力等都会使航天器产生微加速度。因此,航天器所处的失重状态严格说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。在失重状态下,人体和其他物体受到很小的力就能飘浮起来,长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备影响很大。利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工,例如生长高纯度大单晶、制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。

产生原因

违反直觉的是,一个不变的引力场自身是不会产生压力或拉力的。一个在这样环境中的自由落体的物体所受的重力加速度为0,并且处于失重状态。这也可被称为受0个G。

当一个引力场是不断变化的时候,自由落体的物体就会受变化的力的作用,会感受到压力。当在黑洞附近的时候,这样的力的作用十分明显。但到了地球,这些力的作用就比较小了,特别是对人体、航天飞船这些相对尺寸较少的物体来说,完全失重的感觉是依然存在的。这种情况被叫做微重力,这在绕轨飞行的航天器上十分常见。

人感受到重力是由于万有引力给人一个向下的重力加速度。假如一个人站在电梯里,电梯以9m/s2加速度向下运动,当地的重力加速度是10m/s2。那么,人与电梯的相对加速度就是1m/s2。这样,人对电梯之间的压力相当于人站在地面上的1/10,人会有一种身体变轻的感觉,就是所谓的“失重”了。

当电梯以重力加速度g向下加速时,人对电梯压力等于零,人会在电梯里漂浮起来。人对支持物的压力等于零,便是所谓的“完全失重”。宇航员在空间站-{zh-hant:里; zh-hans:里}-便是“完全失重”的状态。

应当注意的是,人处于失重状态时,人的重力没有变化(同一地点),始终存在,只是人对支持物体的压力变化了而已,其实是人的一种错觉。

失重下的现象

完全失重下会产生一些有趣的现象,所有物体都会飘浮在空中,液体呈完全球形,气泡在液体中不上浮。宇航员在空气中“游泳”实现移动。

失重的影响

失重对人体有不好的影响。由于在地球上的人类经过演化,已经适应了重力条件下的生活,所以失重条件下会产生骨质疏松等病症。食物要做成牙膏状,吸入口中,以免食物残渣到处漂浮,残渣吸入鼻中或落在仪器上都会产生不良影响。

失重也可能使胎生动物包括人类无法正确地受孕。以人类为例,交配时血液可能无法顺畅地使阴茎勃起,而交配后精液也可能无法正确地流入子宫来触发受孕。

另外鸟类需要靠重力完成吞咽动作。

失重的利用

利用失重可以制造出一些特殊的工业材料。例如呈绝对球形的滚珠等等。

参见