失重
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概念及生活現(xiàn)象
失重是人們在自由下落過程中所經(jīng)歷的一種現(xiàn)象，雖然“零重力”經(jīng)常用作失重的同義詞，但是航空器在軌道上的失重不是重力消失或大幅度減小的結(jié)果（事實上，在100KM高度上，地球重力僅僅比地球表面減少大約3%）。失重現(xiàn)象主要發(fā)生在軌道上或太空內(nèi)或進(jìn)行拋物線飛行的飛機(jī)內(nèi)或在其他一些不正常情況下的（遠(yuǎn)離星球或大重量物體）物體或人的自由下降。物體對支持物的壓力小于物體所受重力的現(xiàn)象叫失重。也就是視重小于實際重力，當(dāng)近地物體的加速度向下時，其實際視重小于實際重力我們就稱其處于失重狀態(tài) 當(dāng)物體以加速度g向下加速運動時（自由落體）我們叫它完全失重狀態(tài)。
影片《臥虎藏龍》中大俠們“騰云駕霧，飛檐走壁”的絕技在太空飛行中可是易如反掌，你只要輕輕一點腳，人就會騰空而起，在空中自由的飛來飛去，本領(lǐng)之大，超過人們的想象。 以上種種的現(xiàn)象就是人們通常所說的失重?！ ?/p>
失重物體的特征
判斷物體是否失重一個最重要的標(biāo)志是，物體內(nèi)部各部分、各質(zhì)點之間沒有相互作用力，即沒有拉、壓、剪切等任何應(yīng)力?！ ?/p>
人在失重時的狀況
平衡是我們最常見的物體的一種運動狀態(tài)。但是，力的平衡與失重完全是兩回事。例如，人站在地上，坐在椅子上，躺在床上，乘坐飛機(jī)等速飛行等，都是處于力的平衡狀態(tài)，但并不失重。因為在這些情況下，人體內(nèi)部各部分間都存在相互的作用力。
真正的失重模擬，應(yīng)使人體各部分特別是體內(nèi)器官、內(nèi)臟之間互相作用力消失。在這種情況下，人的前庭器官中的耳石由于失重，不再與周圍的神經(jīng)細(xì)胞接觸而向中樞神經(jīng)傳輸信號，從而喪失定向功能。前庭器官與人體主管呼吸、消化、循環(huán)、排泄、發(fā)汗等功能的植物神經(jīng)系統(tǒng)有密切關(guān)系。所以，一旦前庭器官不起作用，身體內(nèi)臟之間正常的相互作用消失，就會引起航天飛行員產(chǎn)生頭暈、惡心、嘔吐等癥狀?！ ?/p>
關(guān)于微重力的概念
完全失重是一種理想的情況，在實際的航天飛行中，航天器除受引力作用外，不時還會受到一些非引力的外力作用。例如，在地球附近有殘余大氣的阻力，太陽光的壓力，進(jìn)入有大氣的行星時也有大氣對它的作用力。根據(jù)牛頓第二定律，力對物體作用的結(jié)果，是使物體獲得加速度。航天器在引力場中飛行時，受到的非引力的力一般都很小，產(chǎn)生的加速度也很小。這種非引力加速度通常只有地面重力加速度的萬分之一或更小。為了與正常的重力對比，就把這種微加速度現(xiàn)象叫做“微重力”。其實，航天器即使只受到引力作用，它的內(nèi)部實際上也存在微重力，這是因為航天器不是一個質(zhì)點，而是具有一定尺寸的物體。
人們常用10-6-10-4g來表示航天器中微重力的水平。微重力越小，失重越完全?？傊?，完全失重狀態(tài)只是理想狀態(tài)，微重力才是實際情況?！ ?/p>
失重公式
由牛頓第二定律得：N+ma＝mg
所以N＝m（g-a）<mg
由牛頓第三定律知，物體對支持物的壓力<mg
完全失重的定量分析：
當(dāng)a＝g時，支持力為N，由牛頓第二定律知：
mg－N＝ma＝mg 所以N＝0
由牛頓第三定律可知，物體對支持物的壓力為0
得出結(jié)論：向下加速向上減速：加速度方向向下，產(chǎn)生失重現(xiàn)象
故只要加速度方向向下就是失重，與速度方向無關(guān)?！ ?/p>
太空里的失重
在環(huán)繞地球飛行的飛船上，失重的原因是g＝向心加速度，當(dāng)速度達(dá)到第一宇宙速度能夠環(huán)繞地球飛行時，發(fā)生這種失重，如果我們把地球比作環(huán)繞太陽飛行的飛船，我們也是處于相對太陽的“失重”狀態(tài)，因為地球萬物沒有受到太陽“重力”的影響?！ ?/p>
失重和宇宙開發(fā)
人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)進(jìn)入軌道后，其中的人和物將處于失重狀態(tài)．人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天器進(jìn)入軌道后，可以認(rèn)為是繞地球做圓周運動，做圓周運動的物體，速度的方向是時刻改變的，因而具有加速度，它的大小等于衛(wèi)星所在高度處重力加速度的大?。@跟在以重力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似，航天器中的人和物都處于完全失重狀態(tài)。
你能夠想象出完全失重的條件下會發(fā)生什么現(xiàn)象嗎?你設(shè)想地球上一旦重力消失，會發(fā)生什么現(xiàn)象，在宇宙飛船中就會發(fā)生什么現(xiàn)象．物體將飄在空中，液滴絕對呈球形，氣泡在液體中將不上?。詈絾T站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服，走路務(wù)必小心，稍有不慎，將會“上不著天，下不著地”．食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣“漂浮”在空中進(jìn)入宇航員的眼睛、鼻孔……．你還可以繼續(xù)發(fā)揮你的想象力，舉出更多的現(xiàn)象來．
你還可以再想一想，人類能夠利用失重的條件做些什么嗎?下面舉幾個事例，將會幫助你思考．這里所舉的事例，雖然還沒有完全實現(xiàn)，但科學(xué)家們正在努力探索，也許不久的將來就會實現(xiàn)．
在失重條件下，融化了的金屬的液滴，形狀絕對呈球形，冷卻后可以成為理想的滾珠．而在地面上,用現(xiàn)代技術(shù)制成的滾珠，并不絕對呈球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一.
玻璃纖維(一種很細(xì)的玻璃絲，直徑為幾十微米)是現(xiàn)代光纖通信的主要部件．在地面上，不可能制造很長的玻璃纖維，因為沒等到液態(tài)的玻璃絲凝固，由于它受到重力，將被拉成小段．而在太空的軌道上，將可以制造出幾百米長的玻璃纖維．
在太空的軌道上，可以制成一種新的泡沫材料棗泡沫金屬．在失重條件下，在液態(tài)的金屬中通以氣體，氣泡將不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分布在液態(tài)金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機(jī)翼，又輕又結(jié)實.
同樣的道理，在失重條件下，混合物可以均勻地混合，由此可以制成地面上不能得到的特種合金．
電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、核工業(yè)等部門，對高純度材料的需要不斷增加，其純度要求為“6個”至“8個”，即99．9999%～99．999999%．在地面上，冶煉金屬需在容器內(nèi)進(jìn)行，總會有一些容器的微量元素摻入到被冶煉的金屬中．而在太空中的“懸浮冶煉”，是在失重條件下進(jìn)行的，不需要用容器，消除了容器對材料的污染，可獲得純度極高的產(chǎn)品．
在電子技術(shù)中所用的晶體，在地面上生長時，由于受重力影響，晶體的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重條件下，晶體的生長是均勻的，生長出來的晶體也要大得多．在不久的將來，如能在太空建立起工廠，生產(chǎn)出砷化鎵的純晶體，它要比現(xiàn)有的硅晶體優(yōu)越得多，將會引起電子技術(shù)的重大突破．
失重環(huán)境下哺乳動物不能正常繁衍后代
日本理化學(xué)研究所和廣島大學(xué)共同成立的研究小組在2009年8月25日出版的美國《公共科學(xué)圖書館.綜合》（PLoS ONE）雜志上發(fā)表的一項研究成果指出：在國際空間站、航天飛機(jī)等接近失重的環(huán)境中，老鼠受精卵的發(fā)育會受到抑制，產(chǎn)仔率也大幅下降。
這一結(jié)果表明同為哺乳動物的人類可能也很難在太空繁衍后代。理化學(xué)研究所發(fā)生和再生科學(xué)綜合研究中心(神戶市)的研究小組組長若山照彥表示“通過調(diào)查受精卵發(fā)育需要多少重力，或許可以知道是否有可能在月面基地培育后代?！?/p>
研究人員使用特殊裝置通過讓實驗容器旋轉(zhuǎn)制造出地面重力千分的微重力環(huán)境，調(diào)查其對老鼠體外受精和產(chǎn)仔造成的影響。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然能正常受精，但在受精卵分裂過程中，胎盤一側(cè)聚集的細(xì)胞數(shù)少于通常情況，發(fā)育速度也有所減慢。將其注入雌鼠子宮之后可以正常產(chǎn)仔，但產(chǎn)仔率下降了將近一半。
過去開展的太空實驗表明，魚類和兩棲類可以在太空正常發(fā)育。研究小組分析認(rèn)為“造成這一狀況可能是因為哺乳動物特有的胎盤的發(fā)育和重力有關(guān)”。
失重的科學(xué)定律
物體的重量來源于地心的引力，牛頓的萬有引力定律，論述了地球的引力場作用于所有的物質(zhì)。在宇宙星系中，所有的星球都存在一種引力場?！妒е亍芬辉~，代表了物質(zhì)失去了引力場的作用力，比如，人類在太空中脫離了地心的引力，其重量等于零，一切物質(zhì)都呈現(xiàn)為漂浮狀態(tài)。物質(zhì)的重力相對于地心的引力作用，物質(zhì)的密度和質(zhì)量越大，相對于的重力就越大。脫離了地心的引力，一切物質(zhì)都將在失重的狀態(tài)下。在五維空間中，由于物質(zhì)運行速度的量變，時間，地心引力，微重力，物質(zhì)高速運行時所產(chǎn)生的離心力，以及物質(zhì)的重力和失重都將會產(chǎn)生相對的作用量變。
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