太空有重力吗-太空中重力-太空中重力

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3 月 7 日凌晨，清华大学的学生在该校操场上进行拍摄。他们拍摄到了我国空间站核心舱“天和”凌月的画面。

天和凌月（拍摄者：清华大学学生王世豪、李建松）

“天和”是中国空间站的核心舱。近期，天和核心舱频繁地经过天空，这种现象引发了各地天文爱好者的关注，大家都争相对其进行观测。

中国天宫空间站（图片来源于网络）

空间站与我们普通人的生活存在一定距离，我们大多是通过图像或者视频来了解相关信息的。

航天员王亚平在空间站上的生活（图片来源于网络）

我们在电视上看到，空间站上生活的航天员悬浮在空气中，他们飘来飘去，能够轻松自如地在其间“飞行”，这种情景便是所谓的“无重力状态”。

我们知晓“一切物体都具备一种彼此吸引的力”，此力即万有引力。

可是，在有引力的情况下，为什么空间站里的航天员却无法感受到重力呢？为什么他们感受不到重力呢？在有引力的环境中，空间站里的航天员为何感受不到重力呢？

这就要从牛顿开始说起。

牛顿与万有引力

牛顿

有故事称，在 1666 年的某一天，牛顿看到苹果从树上掉落。接着，他想到了万有引力定律（此故事大多并非真实）。他表明，苹果从树上掉落这一现象，与月球围绕地球运行一样，都是万有引力作用所导致的结果。

在伽利略和牛顿之前，人们普遍认为：天上世界有月球、太阳和行星等。天上世界与地上世界是完全不同的两个世界，支配这两个世界的物理定律也截然不同。地上的物体，受力作用后能进行各种不同的运动。而与地上世界不同的是，属于天上世界的天体基本上只有一种运动，也就是圆周运动。

牛顿将这种“常识”推翻了。他表明，天上世界以及地上世界均只有一种统一的物理学。

太阳系的所有天体，包括地球在内，按照万有引力理论，其实都是由原来的尘埃在万有引力的作用下逐渐聚集而成的。万有引力能够支配全部宇宙。

可是，在日常生活中，我们似乎无法感应到万有引力。这究竟是怎么一回事呢？

桌子上放置的两个苹果隔开放着，它们也在以很微弱的万有引力相互吸引。然而，这种吸引力非常微弱，被苹果和桌面之间的摩擦力给抵消了。所以，因为有摩擦力的存在，我们通常察觉不到周围物体之间的万有引力效应。

万有引力与重力的区别

在平时的语言表达里，万有引力和重力大致上是一个意思，不过有的时候是需要将它们区分开来的。

地球在自转，所以地面上的一切物体都会受到一个离心力的作用，这个离心力不大。而物体所受到的重力是万有引力与这个离心力的合力。物体下落的方向就是其所受重力的方向。

这意味着，和通常的想象不一样。物体（除了在赤道和两极地区）下落的方向并非指向地球的中心，而是指向稍微偏离中心的某个地方。

谈到宇宙空间天体之间的万有引力时，通常不会说“重力”，而是仅仅说“引力”。牛顿力学是这样，在广义相对论（现代引力理论）中也是如此，说到“引力”指的就是万有引力。

英国科学家亨利·卡文迪许于 1731 年至 1810 年期间在实验室中。他利用扭秤这一工具。成功地对作用在大小不同的两对铅球之间的万有引力进行了测量。

大球和小球在万有引力的作用下互相靠近，这使得悬挂着一对小球的扭丝发生了扭曲，进而导致连接两个小球的横杆出现了转动。他通过对小横杆转动角度的测量，测得了极其微弱的万有引力。卡文迪许的这个实验首次对“万有引力常数”进行了测定。

为什么空间站没有重力？

空间站距离地表仅数百千米，而地球半径约 6400 千米，相比之下，这距离不算很大。地球的万有引力特点是距离地球越远就越弱，在不过数百千米的高度处，其万有引力大小与地面的差异不是特别大，虽然有减弱，但减弱的程度也不是太多。

为什么空间站内竟然会没有重力呢？

这种无重力状态并非是因距离地球太远而导致的。空间站在围绕地球运行时，如同月球一样，始终在不断地“下落”。正因如此，空间站内就如同处于“自由下落的电梯”里一般，从而形成了无重力状态。

自由下落（作加速运动）的电梯内，向上的惯性力（虚拟力）抵消了重力（万有引力）。空间站内，抵消重力的是什么力呢？

空间站围绕地球作圆周运动。这种情况与月球相似，都是指向地球中心方向的万有引力起到了作圆周运动所必需的向心力的作用。

根据运动方程，力等于质量乘以加速度。空间站受到一个指向地球中心方向的万有引力的作用，那么必然就有一个指向地球中心方向的“加速度”。

圆周运动属于加速运动。依据运动方程来看，此加速度的大小是万有引力除以质量所得到的值。

圆周运动是加速运动，然而它没有“速率的增减”（即速度大小不发生变化），只是“行进的方向发生变化”（也就是速度矢量的方向发生变化）。

空间站在进行加速运动时，其内部会有一个力起作用，这个力指向背离地球的方向，也就是加速度的相反方向，这是一种惯性力。对于圆周运动而言，这种惯性力被称作“离心力”。就像汽车在拐弯时做曲线运动，汽车上的人会感受到一种将他向曲线外侧推动的力，那同样也是离心力。

空间站内部，这种离心力能与地球的万有引力达到平衡，二者的影响相互抵消，所以处于无重力状态。