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完全失重

王朝百科·作者佚名  2010-02-18  
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完全失重的概述完全失重是物体的视重为零 也就是说,在物体自由活体的时候,如果你去称它的重量的话是0。即是,视重为0

其原因也是物体具有向下的加速度,而且其全部重力都提供了物体向下的加速度

卫星中的物体与卫星做同样的圆周运动,重力(万有引力)充当向心力,这时,物体在卫星中就好像没有重力一样(实际上重力还在),不需要支持物提供支持力就可以相对卫星静止(视重为0)。

在电视看见里面的人和物飘在空中的现象就是完全失重现象。

完全失重的分析太阳系内的宇宙飞船(或人造卫星)只受万有引力作用而运动的时候,它的质心相对太阳系质心坐标系这个惯性系的加速度A不为零,等于宇宙飞船受到的万有引力与质量之比,即等于飞船所在处的引力场强度.

以宇宙飞船的质心为原点,坐标轴指向某几颗遥远的恒星,这样建立的坐标系称为宇宙飞船质心坐标系.要在宇宙飞船质心坐标系中,对其中的或附近的质量为m的物体,应用牛顿第二定律,原则上应该引入等于(-mA)的惯性力.由于物体受到的万有引力(mA)跟惯性力(-mA)的矢量和正好为零.因此在宇宙飞船质心坐标系(坐标轴指向遥远的恒星)中,对宇宙飞船或里面的物体或附近的物体,应用非惯性系牛顿第二定律的时候,可以同时不考虑惯性力和万有引力.在这个非惯性系中,物体似乎失去了万有引力(实际上为惯性力所平衡),这种现象称为完全失重.

完全失重的概念,提示人们只受万有引力作用的物体的质心坐标系具有怎样特殊的性质.

完全失重举例电梯只受万有引力作用的时候,如果试图在电梯质心坐标系(最好定义它的坐标轴指向遥远的恒星,定义它相对地面平动尚可)中,对电梯或电梯中的物体(以及对电梯外边附近的物体,比如电梯正下方的几米厚的泥土),应用牛顿第二定律,那么电梯和其中的物体似乎失去了地球和其它天体施加的万有引力(实际上为惯性力所平衡),这种现象也称为完全失重.

两块砖头叠在一起,作平抛运动或自由下落的时候,如果试图在砖头质心坐标系中,对每块砖头应用牛顿第二定律,那么砖头似乎失去了万有引力(实际上惯性力正好跟万有引力平衡),这种现象也称为完全失重.在砖头质心坐标系中,每块砖头都处于静止状态,受力平衡或不受力;砖头完全失重,相应地,两块砖头之间没有压力作用.

按照以上定义,完全失重概念适用于,只受万有引力而运动的物体的质心坐标系中,对质心附近的物体进行动力学分析.

完全失重的物理现象人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后,其中的人和物将处于失重状态。航天器进入轨道后可以近似认为是绕地球做圆周运动,做圆周运动的物体的速度方向是时刻改变的,因而具有加速度,它的大小等于卫星所在高度处的重力的大小。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。

你能够想像出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,液滴呈绝对球形,气泡在液体中将污泥浊水上浮。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“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像力,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?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。

在失重的条件下,熔化了的金属的液滴,形状呈绝对球形,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,并不呈绝对球形,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。在地面上不可能制成很长玻璃纤维,因为没等到液态的玻璃丝凝固,由于重力的作用,它将被拉成小段。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?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,在失重的条件下,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使合金。

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,其纯度要求为“6个9”至“8个9”,即99.9999%-99.999999%.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“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,可以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,由于受重力的影响,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,它要比现有的硅晶体优越得多,将会引起电子技术的重大突破。

在太空失重的条件下,会生产出地面上难以生产的一系列产品。建立空间工厂,已经不再是幻想。科学家们在太空中做各种实验,青年学生也可以提出自己的太空实验设想,展开你想像的翅膀,为宇宙开发贡献一份力量!

 
 
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