简介

失重

失重，是指物体失去了重力场的作用，当物体处于失重状态时物体除了自身重力外，不会受到任何外界重力场影响。

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轻（几乎可以忽略不计）。 利用飞机作抛物线飞行或利用自由落体原理设计的失重塔只能提供短暂的失重感。航天器在环绕地球运行或在行星际空间航行中处于持续的失重状态。在环绕地球运行的轨道上，实际上只有航天器的质心处于零重力，其他部分由于它们的向心力与地球引力不完全相等而获得相对于质心的微加速度，这称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动以及微小的气动阻力等都会使航天器产生微加速度。因此，航天器所处的失重状态严格说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。在失重状态下，人体和其他物体受到很小的力就能飘浮起来。长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备有很大影响。利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工，例如生长高纯度大单晶,制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。失重为在太空组装结构庞大的航天器提供了有利条件。

主要现象

经常有人认为失重是不受重力，这是错误的。对于此教科书的解释是：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象称为失重（weightlessness)现象。

但是航空器在轨道上的失重不是重力消失或大幅度减小的结果（事实上，在100KM高度上，地球重力仅仅比地球表面减少大约3%）。失重现象主要发生在轨道上或太空内或在其他一些不正常情况下的（远离星球或大重量物体）处于引力平衡点的零重力的环境下，这种现象应被称为完全失重。物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象叫失重（假如说地球重力消失了，那么人只要轻轻一跳将会向着一个方向永远飞行下去）。

影片《卧虎藏龙》中大侠们“腾云驾雾，飞檐走壁”的绝技在太空飞行中可是易如反掌，你只要轻轻一点脚，人就会腾空而起，在空中自由的飞来飞去，本领之大，超过人们的想象。以上这种现象常被人误以为是失重现象，这种现象应被称为似微重力现象。

绕行轨道时的向心加速度由重力加速度提供，因此圆周运动的太空船所受合力提供了太空船做圆周运动的向心力。而每个时间点的瞬时加速度，都将指向地球中心。在外太空，太空人和太空船里每一件物件受到地心引力，都以同样的速度绕地球运动，所以在太空中会呈现失重状态，所有的物质都无法测出重量的。

失重特征

判断物体是否完全失重一个最重要的标志是，物体内部各部分、各质点之间没有相互作用力，即没有拉、压、剪切等任何应力。

人体失重

平衡是我们最常见的物体的一种运动状态。但是，力的平衡与失重完全是两回事。例如，人站在地上，坐在椅子上，躺在床上，乘坐飞机等速飞行等，都是处于力的平衡状态，但并不失重。因为在这些情况下，人体内部各部分之间都存在相互的作用力。真正的失重模拟，应使人体各部分特别是体内器官、内脏之间互相作用力消失。在这种情况下，人的前庭器官中的耳石由于失重，不再与周围的神经细胞接触而向中枢神经传输信号，从而丧失定向功能。前庭器官与人体主管呼吸、消化、循环、排泄、发汗等功能的植物神经系统有密切关系。所以，一旦前庭器官不起作用，身体内脏之间正常的相互作用消失，就会引起航天飞行员产生头晕恶心、呕吐等症状。

在过去三十多年太空飞行中，蘇俄和美国的科学家收集了一些初步的数据。这些数据显示，失重对内分泌、红白血球的产量、内耳平衡器官及骨质的疏松，都有一定程度的影响，但最明显的生理失重状况，莫过於太空失水及其引起的一些症状，如太空贫血、内分泌降低、双腿肌肉萎缩等。失重还会引起骨骼失钙的後果，与上了年纪的骨质疏松症(osteoporosis)极为相似。

在微重力物理、化学科学方面也有了长足的进展。大量收集了在失重下燃烧、材料、流体方面的数据。在蛋白质晶体生长方面更有突破性的进展。每次太空飞行都带著上百个蛋白质结晶实验，这对人类的医学方面贡献是极为巨大的。

完全失重与微重力

完全失重是一种理想的情况，在实际的航天飞行中，航天器除受引力作用外，不时还会受到一些非引力的外力作用。例如，在地球附近有残余大气的阻力，太阳光的压力，进入有大气的行星时也有大气对它的作用力。根据牛顿第二定律，力对物体作用的结果，是使物体获得加速度。航天器在引力场中飞行时，受到的非引力的力一般都很小，产生的加速度也很小。这种非引力加速度通常只有地面重力加速度的万分之一或更小。为了与正常的重力对比，就把这种微加速度现象叫做“微重力”。其实，航天器即使只受到引力作用，它的内部实际上也存在微重力，这是因为航天器不是一个质点，而是具有一定尺寸的物体。人们常用10^-6－10^-4g来表示航天器中微重力的水平。微重力越小，失重越完全。总之，完全失重状态只是理想状态，微重力才是实际情况。

.完全失重的定量分析：

当a=g时，支持力为N，由牛顿第二定律知：