为什么太空没有重力?是物理问题吗

要明白太空为什么没有重力,首先要明白什么是失重和超重。失重就是指某一物体对于支撑它的物体的压力或拉力小于自己的重力的状态,如果该物体对支撑它的物体没有压力或拉力那么就是完全失重状态。超重就是指某一物体对于支撑它的物体的压力或拉力大于自己的重力的状态。宇宙飞船在太空中没有物体支撑它,也就是说它对于支撑它的物体没有压力,是处于完全失重状态。没有物体支撑它,它为什么没有掉下来呢?那是因为地球对它的引力作为了它绕地球圆周运动的向心力。为了更好的理解太空为什么没有重力,我将从以下几个方面说一些我的看法:

为什么太空没有重力?是物理问题吗图1

1.重力的概念

所谓重力,是物体所受地球的引力的一个分力(大小几乎等于引力)。引力的大小与质量成正比,与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说,物体离它越远,所受它的引力越小,即重力越小,在足够远的距离上,它的引力可以忽略不计。但宇宙中不只一个天体,众多天体的引力会形成一个引力场。因此,太空不会是失重环境。当然,就局部地区来说,如在地月系统中,只考虑地球与月球的引力,在地球与月球之间的某些点上,地球与月球的引力相互抵消,重力为零。在日地之间也有引力平衡点。绕地球飞行的载人飞船,离地面一般只有几百千米,那里的太空当然不会是零重力环境,即使在36000千米高空绕地球飞行的航天器,其周围太空也不会是零重力,而只能是轻重力,即重力比地球表面上小(几乎可以忽略不计)。

2.太空失重

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。

为什么太空没有重力?是物理问题吗图2

3.太空中的生活

观宇宙之浩瀚,方知人类之渺小。无限宇宙,无限奥妙,探索字宙是人类永恒的梦想。中国古人曾提出“盖夭说”和“浑天说”,汉代学者张衡也曾提出“字之表无极,宙之端无穷”的无限宇宙概念。飞向字宙是人类自古以来的梦想,今天人类终于研制出了宇宙飞船,实现了“飞天”的美好愿望。但是由于太空的环境的特殊性,人类在太空中的生活终究和在地面上有很大的差别。

为什么太空没有重力?是物理问题吗图3

太空环境与地球环境大不相同,那里没有空气,没有重力,充满危险的太空辐射。当然在封闭的空间站或航天飞机舱内,有足够的空气供你呼吸,良好的航天器屏蔽材料可以有效地挡住太空辐射,只是“失重”会给生活带来一些麻烦。如果用地球上的方式去太空生活,那肯定会闹出很多大笑话。比如吃饭,你端着一碗米饭,那饭会一粒粒飘满你的座舱,你张着嘴可能一粒也吃不着;而你闭上嘴时,饭粒却可能飘进你的鼻孔呛你个半死。你想躺在床上睡个舒服觉,可是你会发现太空中找不到上下的界限,“躺”和“站”几乎没有什么区别。

概括一点说人如果处于惯性系就会有不会承受加速度,也就是感觉处于无重力状态(失重),处于非惯性系时就会有加速度,如果受到加速度的方向与惯性力相反、大小相等时,人也会感觉到失重,但对非惯性系和惯性力的解释比较复杂,我下面尝试用更通俗的方法解释人对重力的感觉。

当人静止站在地球上时,受到地球万有引力作用,身体内所有的肌体和物质都有向下移动的趋势,如果把人从头顶向到脚底分割成极薄的片,头顶第一片受到下下的引力对下面的第二片肌体施加压力,下面的片层依次对下面的片层施加压力,最终将所有压力传递到脚底片,脚底神经感觉到的压力,大脑由此产生重量的感觉,所以受到重力的感觉源于肌体沿一定的方向受到递增的压力所致,如果肌体各层面间没有依次递增的作用力,人就感觉不到重力作用,举例说明:一个跳伞运动员从高空自由落体跳下时,忽略空气阻力,由于全身肌体都处于自由落体状态,虽然仍受到地球引力,但肌体各层面间没有相互作用,此时跳伞者感觉自己是失重状态,几个掌握载人航天技术的国家就是利用这个原理利用飞机惯性飞行时的短暂失重来训练宇航员的。

下面我们根据宇航员在太空中的以下几种状态来讨论失重感觉产生原因。

1.宇宙飞船在依靠惯性飞行在一片宇宙空洞中,不受任何力,很容易理解宇航员处于无重力状态

2.宇宙飞船正载着宇航员离开A星球依靠惯性飞向B星球,此时宇航员同时受到向后的A星球引力和向前方的B星球引力,无论那个方向的引力大,都没有引起宇航员肌体层间作用力,而在宇宙飞船惯性运动下宇航员与宇宙飞船间是相对静止的,所以宇航员感觉不到重力存在。

3.宇宙飞船加速或靠火箭反推力降落时,宇航员坐在座椅上承受加速度与重力加速度等效,宇航员由前胸到后背产生递增的压力,此时宇航员感觉飞船前进的方向不是前方而是上方。

4.宇宙飞船在围绕星体飞行,这种状态也属于非惯性系,但地球引力此刻成为飞船和宇航员围绕地球旋转的向心力,飞船和宇航员处于相对静止而且无相互作用力的状态,所以环绕星体飞行时,宇航员也是处于失重状态。

为什么太空没有重力?是物理问题吗图4

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