奇妙的“失重世界”

韓吉辰

我們知道，重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，重力的方向總是向下，即地心方向。人們規(guī)定質(zhì)量為1千克的物體在緯度45。的海平面上，重量是1千克。需要指出的是：物體的“質(zhì)量”是固定數(shù)值，不會(huì)隨位置而改變，而物體的“重量”數(shù)值則會(huì)有所變化。

同一物體在地球赤道上的重量比在兩極要小一些：在同一地方離開(kāi)地面越高，則重量越輕，每升高1千米，重量大約減輕萬(wàn)分之三。當(dāng)物體升高到6 400千米（這個(gè)數(shù)值相當(dāng)于地球半徑）時(shí)，物體的重量只有原來(lái)的1/4，如果繼續(xù)升高則地球?qū)ξ矬w的引力越來(lái)越小，最后將失去了重量，這一系列的變化就是“失重現(xiàn)象”。

除了高度影響重量外，“運(yùn)動(dòng)”速度也能改變重量。坐電梯時(shí)，當(dāng)電梯開(kāi)始快速下降時(shí)，你會(huì)有一種“提心吊膽”的感覺(jué)，啟動(dòng)速度越快，感覺(jué)越強(qiáng)烈。如果你站在電梯中的臺(tái)秤上，就可以發(fā)現(xiàn)：體重?cái)?shù)值變小了！這也是一種“失重現(xiàn)象”啊。設(shè)想電梯鋼索斷裂而自由下落，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：臺(tái)秤上顯示你的體重?cái)?shù)值等于0，這時(shí)就是“完全失重”了。現(xiàn)在興起的“蹦極”運(yùn)動(dòng)就是自由落體，可以體會(huì)“完全失重”的滋味。圓周運(yùn)動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，游樂(lè)場(chǎng)的高速“過(guò)山車(chē)”以及各種航天器都是利用這個(gè)原理。當(dāng)飛行速度達(dá)到7.9千米/秒，就會(huì)在地球引力作用下圍繞地球運(yùn)動(dòng)而不掉下來(lái)。這時(shí)地球的引力正好等于航天器圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，這個(gè)速度叫作“第一宇宙速度”。

“天宮仙丹”和“太空合金”

人們利用太空中寶貴的“失重”條件，可以生產(chǎn)在地球上無(wú)法獲得的許多新型產(chǎn)品。

在太空中，由于處于微重力環(huán)境，人們就可以提取在地面上無(wú)法提取的一些疫苗和干擾素，療效奇特，隨著這個(gè)課題的深入研究，還會(huì)制造出更多神奇的“天宮仙丹”。

一些合金，例如“鋁鎢合金”，在地面上受到重力影響，始終沒(méi)有獲取成功。其原因就因?yàn)樗鼈兪莾煞N不同性質(zhì)的金屬材料，很難進(jìn)行化合。鋁是輕金屬，熔點(diǎn)僅有660℃，沸點(diǎn)也只有2 467℃：鎢是重金屬，熔點(diǎn)高達(dá)3 380℃，是地球上最難熔化的金屬之一。若要把鋁和鎢放在一起熔煉，鎢還呈現(xiàn)固體形態(tài)時(shí)，鋁就早已氣化了。即使把它們分別熔化后再放在一起，也不能融合在一起，而是呈現(xiàn)不同的層次。如果把這兩種金屬轉(zhuǎn)移到“微重力”空間進(jìn)行冶煉，固體鎢在鋁溶液中均勻融解。熔化的金屬經(jīng)過(guò)冷卻后，便得到帶有孔隙的海綿狀的“鋁鎢合金”。還有從“航天飛機(jī)”上誕生的“鉛鋁合金”、高純度半導(dǎo)體材料和理想圓度的滾珠軸承等，這些都是人們期望得到的珍貴金屬材料。

可以說(shuō)，“失重世界”也是人類(lèi)一種極其寶貴的資源，需要不斷深入地研究與利用，將會(huì)創(chuàng)造更大的財(cái)富。

空間站的“人造重力”

有的小讀者以為：“失重”多好啊！航天員在高空中輕飄飄，像神仙似的。其實(shí)這種看法是不對(duì)的，我們長(zhǎng)期生活在地球上，身體已經(jīng)適應(yīng)了有引力的生活。如果在空間站長(zhǎng)期處于“失重”狀況，將會(huì)產(chǎn)生骨骼損耗及免疫系統(tǒng)失調(diào)等一系列問(wèn)題，有損人體健康。

現(xiàn)在，“國(guó)際空間站”上已經(jīng)有多名航天員在工作，美國(guó)國(guó)家航空航天局目前用于減輕零重力對(duì)人體影響的方法主要是內(nèi)服藥物和進(jìn)行適應(yīng)性鍛煉，還有身穿“抗荷服”，這是一種可充氣的緊身褲，在褲內(nèi)有很多側(cè)管，管內(nèi)充氣時(shí)可以壓迫下肢的靜脈，防止血液潴留，促使全身血液循環(huán)。但目前還不知道應(yīng)用上述措施是否能順利完成持續(xù)一年以上的火星探險(xiǎn)任務(wù)?？茖W(xué)家必須加緊研究，在空間站制造出“人造重力”。

制造“人造重力”，從理論上說(shuō)并不復(fù)雜，就是“旋轉(zhuǎn)”！只要讓太空中的空間站繞自身軸旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這時(shí)航天員有被向外甩出的趨勢(shì)，而空間站的內(nèi)壁阻擋著他，航天員身體就對(duì)內(nèi)壁有了壓力，這就是制造“人造重力”的簡(jiǎn)單原理。

科學(xué)家計(jì)算，一個(gè)直徑450米的圓柱形空間站，一分鐘繞軸自轉(zhuǎn)兩周，在內(nèi)壁產(chǎn)生的“人造重力”幾乎與地球相似。如果這個(gè)空間站有1千米高，那么內(nèi)壁面積可超過(guò)1平方千米，能夠容納近1萬(wàn)人居住。如果一個(gè)直徑1 800米的球型空間站，每分鐘繞軸心自轉(zhuǎn)1周，你居住在內(nèi)壁“赤道”地區(qū)，那里的“人造重力”也會(huì)和地球差不多：倘若你和空間站到了地球北緯60度的地方，你會(huì)吃驚地發(fā)現(xiàn)：體重減輕了一半；假如到北緯80度，就仿佛到了月球，體重只有1/6啦！一跺腳就登上高臺(tái)；要是到了空間站的“北極”或“南極”，“人造重力”等于零，你又要嘗到“失重”的滋味了。宇航時(shí)代的“重力”之謎十分復(fù)雜，對(duì)于人類(lèi)飛向太空又極其重要，這個(gè)課題還等待我們繼續(xù)深入進(jìn)行研究呢！

知識(shí)鏈接

什么是失重

物體在引力場(chǎng)中自由運(yùn)動(dòng)時(shí)有質(zhì)量而不表現(xiàn)重量或重量較小的一種狀態(tài)，又稱零重力。失重有時(shí)泛指零重力和微重力環(huán)境。確切地講，當(dāng)加速度豎直向下時(shí)為失重狀態(tài)。經(jīng)常有人認(rèn)為失重是不受重力，這是錯(cuò)誤的。物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況稱為失重現(xiàn)象。