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，不會隨所處位置的不同而改變，而物體的“重量”數(shù)值則會有所變化。

同一物體在地球赤道上的重量比在兩極要小一些；在同一個(gè)地方離地面越高，則重量越輕，每升高1千米，重量大約減輕萬分之三。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的1/4，如果繼續(xù)升高，地球?qū)ξ矬w的引力越來越小，物體最后將失去重量，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”速度也能改變重量。坐電梯時(shí)，當(dāng)電梯開始快速下降時(shí)，你會有一種“提心吊膽”的感覺，啟動速度越快，感覺越強(qiáng)烈。如果你站在電梯中的臺秤上，就會發(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，這時(shí)你會發(fā)現(xiàn)：臺秤上顯示你的體重?cái)?shù)值為0，這時(shí)就是“完全失重”了?，F(xiàn)在興起的蹦極運(yùn)動就是自由落體，人們可以體會“完全失重”的滋味。圓周運(yùn)動也會導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)，游樂場的高速“過山車”以及各種航天器都是利用這個(gè)原理。飛行速度達(dá)到7.9千米/秒，就會在地球引力作用下圍繞地球運(yùn)動而不掉下來。這時(shí)地球的引力正好等于航天器圓周運(yùn)動所需的向心力，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法提取的一些疫苗和干擾素，其療效奇特。隨著這個(gè)課題的深入研究，人們還會制造出更多神奇的“天宮仙丹”。

一些合金，例如“鋁鎢合金”，在地面上受到重力的影響，人們始終沒有獲得成功。其原因?yàn)樗鼈兪莾煞N不同性質(zhì)的金屬材料，很難對其進(jìn)行化合。鋁是輕金屬，熔點(diǎn)僅為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)，鋁就早已汽化了。即使把它們分別熔化后再放在一起，它們也不能融合在一起，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，固體鎢可在鋁溶液中均勻熔解。熔化的金屬經(jīng)過冷卻后，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，“失重世界”也是人類一種極其寶貴的資源，需要人們不斷深入地研究與利用，其會創(chuàng)造更大的財(cái)富。

空間站的“人造重力”

有的小讀者認(rèn)為“失重”多好啊！航天員在高空中輕飄飄，像神仙似的。其實(shí)這種看法是不對的。我們長期生活在地球上，身體已經(jīng)適應(yīng)了有引力的環(huán)境，如果長期處于“失重”狀態(tài)，將會產(chǎn)生骨骼損耗及免疫系統(tǒng)失調(diào)等一系列問題，有損人體健康。

現(xiàn)在，“國際空間站”上已經(jīng)有多名航天員在工作，美國國家航空航天局目前用于減輕零重力對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，促進(jìn)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”從理論上說并不復(fù)雜，就是需要“旋轉(zhuǎn)”！只要讓太空中的空間站繞自身軸旋轉(zhuǎn)起來，這時(shí)航天員有被向外甩出的趨勢，而空間站的內(nèi)壁阻擋著他，航天員身體就對內(nèi)壁有了壓力，這就是制造“人造重力”的簡單原理。

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1平方千米，能夠容納近1萬人居住。如果一個(gè)直徑1 800米的球形空間站，每分鐘繞軸心自轉(zhuǎn)1周，你居住在內(nèi)壁“赤道”地區(qū)的“人造重力”也會和地球差不多。倘若你和空間站到了地球北緯60°的地方，你會吃驚地發(fā)現(xiàn)：體重減輕了一半；假如到北緯80°，就仿佛到了月球，體重只有1/6啦！一跺腳就能登上高臺。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，對于人類飛向太空又極其重要，這個(gè)課題還等待我們繼續(xù)深入研究呢！

知識鏈接

什么是失重？

物體在引力場中自由運(yùn)動時(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。endprint