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)隨所處位置的不同而改變，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(dòng)”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(huì)有一種“提心吊膽”的感覺，啟動(dòng)速度越快，感覺越強(qiáng)烈。如果你站在電梯中的臺(tái)秤上，就會(huì)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(huì)發(fā)現(xiàn)：臺(tái)秤上顯示你的體重?cái)?shù)值為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，人們可以體會(huì)“完全失重”的滋味。圓周運(yùn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)，游樂場(chǎng)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(huì)在地球引力作用下圍繞地球運(yùn)動(dòng)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(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(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(duì)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(huì)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?。『教靻T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(huì)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(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)。科學(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(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(huì)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(huì)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(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(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。endprint