太空有重力吗-太空中重力-太空中重力
重力是怎么产生的呢?电影中时常会有宇航员在太空处于失重状态的场景。那么,太空中到底存不存在重力呢?要解答这个问题,我们首先得弄清楚什么是重力。简单来说,重力就是两个具有质量的物体之间的相互作用。任何两个具有质量的物体之间都会产生相互牵拉的重力。
重力的大小与两个物体之间的距离有关,距离越远,重力越弱。这个力的大小还与两个物体的质量有关,质量越大,重力越大。我们能够用一个等式来进行表示。
在这个等式里,最为重要的是常数 G,它指的是万有引力常数,其值为。
重力是比较小的。只有当两个物体中的一个具有超大质量,比如像地球那样重时,我们才能够察觉到重力的存在。
太空中有重力吗?
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首先来看问题所在。若太空中存在重力,那为何宇航员会在太空中漂浮呢?此现象使得大家误以为太空中没有重力,并且还有些人将其称作“零重力”。
这个问题的答案在于,太空中存在重力。回顾上述的重力方程,当从地球表面移至太空时,该方程会发生何种变化呢?唯一的差别在于你与地球中心之间的距离(r),因此随着距离的增大,重力会减小,然而重力减小了多少呢?让我们一起快速地进行估算吧?
地球半径被粗略记为某个值,有了此值,质量为 70 千克的人会有 686.7 牛顿的重力。现在假定这个人上升到国际空间站的轨道高度,该高度距离地球中心 400 公里。把这个距离代入公式并重新计算,此时这个人会产生 608 牛顿的重力,这大概是站在地球表面时重力的 88%。但从这样的计算可以看出,太空中明显是存在重力的。
这里存在另一个证据。月球绕地球转动的原因是重力。地球绕着太阳转的原因也是重力。在这两种情形下,两个相互作用的物体之间有着明显的距离,然而引力依然在起作用,即便在太空中也是如此。
为什么宇航员会在太空中漂浮呢?实际上他们是在轨道上处于漂浮状态。如果有一个超级高塔进入太空,那么它们就不会四处飘浮。航天器或太空站内人的轨道运动会引起“失重”环境。这才是真正起作用的因素。如果人类所受到的唯一的力是重力,那么人就会有失重的感觉。人站在高塔上时会产生两种力量,一种是向下的重力,另一种是塔给予人的向上的支持力。宇航员在轨道上,由于只存在引力,所以会产生那种失重的感觉。
实际上,你无需进入轨道就可以感受到失重。那么什么时候重力是唯一作用在你身上的力呢?假如你站在一座建筑物顶部的电梯里。因为你处于静止状态,所以合力为零,这也就意味着向下的重力和地面向上的支持力相互平衡。如果把支持力撤走,也就是让电梯加速,使其产生和自由下落物体一样的加速度。在这种情况下,你就会掉进电梯里。而此时唯一的力就是重力,你就处在了无重力的条件下。
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首先,人们似乎对重力存在着巨大的误解。其次,他们的推理大致如下:因为太空中没有空气,所以他们认为如果没有空气,就不会有重力,进而得出宇航员在太空中是失重的结论。这种认为太空中无空气就无重力的想法在电影中时常出现,然而实际上这种想法并不正确。
在宇航员返回时,会发生什么?
宇航员重返大气层时,航天器会进入大气层。由于存在空气,航天器会遇到空气阻力。让我们从这个运动中选取某一点,以此来展示宇宙飞船所处的状态。
重力能对所有物体起作用,然而空气阻力会让宇宙飞船在向下运动时速度减慢。若人类要安稳地待在宇宙飞船内,那么人类(从接触面上)就必须具备额外的力量,像支持力之类的。因此,这并非失重,实际上,由于加速度的缘故,人类感受到的重力比正常情况下要大。你对这种情况很熟悉,因为在电梯里,同样的事情也会在你身上发生。电梯往下移动时会减速。在这个过程中,你会感觉有点重,原因是地面的力量在推着你。实际上你并非真的更重,只是由于加速度才会有这种感觉。
蝌蚪五线谱编译自wired,译者 小赵,转载须授权
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