身處太空時為何會失重?並非引力逃跑,而是物體重量被轉移了

2021-01-15 騰訊網

引言:你知道失重和超重的含義嗎?生活中你經歷過失重或超重狀態嗎?當事物處於失重狀態時,是否意味著它身上的引力消失了?

在物理課堂上,我們都學習過,物體在引力場中自由運動時擁有兩種質量狀態,一種是失重,另一種是超重。失重指的是物體所受支持力小於其重力,從另一個角度來看,也可將失重理解為物體實際質量小於其原本質量,失重現象多出現在星球軌道上或太空中。

與失重相對的是超重,它指的是物體重力小於其受到的支持力。換句話來說即是物體實際質量大於它原本質量,超重現象多出現在太空飛行器內或深海之中。一般來說,當物體在向上方向做加速運動或者在向下方向做減速運動,它都很可能處於超重狀態。

從物理定義的角度來看,大家或許覺得失重和超重都很陌生,我們似乎沒有與失重或超重相關的經歷。但實際上,失重和超重與我們的生活息息相關。結合生活場景來看,坐電梯時,當電梯從靜止轉變為向上運動,我們常會感覺身體往下沉,這便是超重的感覺;當電梯往下降時,我們感覺身體重量輕,有種飄飄然的感覺,這便是失重感覺。另外,在乘坐過山車時,我們其實也感受過失重。

說到這,不知大家是否有疑問,當處於失重狀態時,事物的重量變輕了,這是否意味著事物的引力被偷走了?答案是否定的,太空沒必要偷走物體的引力,同時它也沒有能力偷走。引力屬於長程力,它不會輕易消失,別說是去到距地球幾十或幾百公裡的太空,哪怕去到宇宙邊緣,地球對物體依然存在,只不過引力小得可以忽略不計,因為它無法對物體產生任何影響。所以,物體去到太空會失重與引力無關,引力表示我不背這個鍋。

同理,當在近地軌道運動時,物體同樣可能處於失重狀態,這同樣不代表物體失去了引力。實際上,為幫助物體更好更平穩地運動,地球對物體的引力已悄然轉變成支持物體運動的向心力,引力沒有消失,它只是換了一個身份陪伴在物體身邊。聯繫實際生活,這好比花錢購物時,錢沒有消失,而是換了一種形式陪伴在我們身邊,我們不能僅根據帳戶餘額來判斷金錢是否減少。天體亦是同理,我們不能只根據它們處在某環境某狀態下的質量來判斷它是否還擁有引力,引力一直都在,從未離開。

當在近地軌道上運動時,引力會轉變為向心力,而若你突然想停下,想重新將向心力轉回引力,這時,因停止運動,向心加速度消失,撲面而來的重力加速度會粗暴地將你帶到地球母親的懷抱,你將能深刻感受到重力(引力)的威力。

所以,你所能感受到的重量並不是來自於引力,重量的大小變化與引力變化沒有直接關係,事物重量增大不能說明它所受到的引力增大,事物重量減少或者消失也不能認為它原本擁有的引力消失了。既然事物重量與其引力無必然關係,那引力大小主要受什麼影響呢?它什麼時候會消失?

通過觀察太空現象我們不難發現,距離是非常重要的影響因素,著名物理學家牛頓曾列出相關公式,表明物體所受引力會因物體與引力中心間的距離而變化物體離引力中心越遠,它受到的引力越弱,反之,越強。至於引力消失,其實,引力不會憑空產生也不會憑空消失,不過,方引力小於一定值時,我們可近似將它看作0。看到此,你有什麼想法與感受?

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  • 人在太空中消失的不是引力,而是失重,你的重量被偷走了
    這裡告訴你,這個想法是錯誤的,因為就算是火箭或者飛船離開地球幾十公裡了,引力也不會很快就消失的,甚至還不會有太大的變化,就算是幾百公裡,引力依然存在,所以這個問題所說的離開地球幾十公裡引力的消失,可能是說人到了太空後就會失重,但是這與引力的消失沒有任何的關係,因為引力是一種長程力,所以永遠都不存在消失這一說法。
  • 為什麼人在太空中會失重?其實並不是引力消失,而是被轉移了
    相信學過物理的人,都會知道,宇宙萬物都是有引力的存在,太陽有引力,所以,八大行星圍繞著太陽運轉,地球有引力,所以所有在地球上的物體都乖乖的待在地面上,試想一下,如果有一天,束縛你的引力消失了,你可能會想「自由飛翔」。
  • 人在太空會失重,星體為何卻不會失重?
    那麼就會有人提出疑問:離開地球表面才幾十公裡,為什麼人在太空就會失重了呢?難道是引力消失了嗎?還是人的重量被偷走了?首先,我們要排除引力消失這個想法,因為這個想法本身就是錯的。因為離開地球表面幾十公裡,引力是不會消失的,甚至都沒啥變化。而對於人在太空中失重是與引力消失有關的這個問題,嚴格來說,與引力消失也是沒有關係的。
  • 在太空中的太空人,明明受到引力作用,為何還會處於失重狀態?
    我們在看宇宙員在太空行走的畫面或者視頻時,會發現他們好像不受到任何重力作用而懸浮在空中,這就是我們常說的失重狀態。但是按常理分析,這些太空人在太空中勢必會受到其它星體特別是太陽和地球的引力作用,那麼為什麼太空人沒有被因引力作用而最終墜落到這些星體之上,而是處於懸浮在空中的失重狀態呢?
  • 太空人在太空中處於失重狀態,為何沒有被太陽引力吸引?
    我們需要明白何為失重。失重,並不代表不受太陽等天體的引力作用,理論上講引力的作用範圍是無限大的,所以太空人在太空中照樣會受到太陽引力作用。那麼,太空人為何會失重呢?這裡就以在地球上方的空間站為例。空間站上的太空人感受到的失重,通俗地理解其實就是「太空人一直在做自由落體運動」,所以太空人感受到了失重。在生活中,我們每個人都可以隨時體會到失重的感覺,簡單的跳起來,下落的過程其實就是失重,氣不過這個過程太短暫了,加上我們的視角仍舊停留在地面附近,所以無法體會到真正的失重。如果你乘坐電梯時「有幸」遭遇到了電梯失靈,電梯自由落體下落,你就能對失重身臨其境了!
  • 太空人在太空中 為何會「失重」
    你可能看過這樣的圖片:太空人們漂浮在太空、太空梭、國際空間站。看似輕鬆又神奇,但其實不是這樣。 宇航失重,是指物體失去了重力場的作用,當物體處於失重狀態時物體除了自身重力外,不會受到任何外界重力場影響。所謂重力,是物體所受地球的引力的一個分力(大小几乎等於引力)。
  • 星球在太空中沒有失重,為何人類卻會失重?
    審核:小文引言:毫無疑問,地球引力對於地球生命來說是不可或缺的環境因素,失去了重力,生命活動將會陷入無盡的混亂。但是當人類去到距離地表十幾公裡的地方時,又會出現失重現象,難道地球引力就真的不過如此嗎?這也就是說即使你去到了太陽系外的任何地方,理論上仍然受到地球引力的影響,只不過這種影響微乎其微,幾乎可以忽略不計而已。但是即使太空人去到距離地表十幾公裡甚至上百公裡的地方,他仍然受到地球強烈的引力作用,但為什麼太空人沒有明顯感受到依然受到束縛,而是感覺失重了呢?這其中就與另外一個力有關了,它就是向心力。
  • 太空人在太空中「失重」的原因是什麼?
    你可能看過這樣的圖片,太空人們漂浮在太空、太空梭、國際空間站。看似很輕鬆,又神奇,但其實不是這樣。太空人在失重狀態下看似很滑稽,但其實很痛苦。最初會感覺噁心、頭暈或失去方向感。導致太空人骨質損失外,還會導致太空人肌肉鬆弛,免疫力下降和衰老,引發多種空間運動病。所以不是人人都能當太空人,需要個人的身體素質非常好。
  • 關於外太空的最大神話是什麼:失重是因為沒有引力!
    這種說法其實是錯的,人們對失重是什麼,很多其實並不了解,當他們看到太空人在宇宙空間站的內外漂浮時,就倉促地得出空間站沒有重力的結論。只要存在任何質量和空間,就有重力的存在。重力是由於質量的存在而產生的時空曲率。太空中的太空人同樣可以感受到太陽引起地球繞太陽運行的引力影響。地球上的月球和國際空間站在地球軌道上的重力影響,也能被太空飛行器內外漂浮的太空人所感受到。
  • 為什麼人在宇宙會失重?引力沒有消失,難道重力也會被偷走?
    但為什麼太空人一去到宇宙,就會失重了呢?有些人可能覺得飛機的高度還不足以體現引力的衰退,認為到了只要到達幾十千米的高空引力就會迅速地消退。甚至還有人覺得,既然地球的大氣層那麼厚重,就一定是大氣層隔斷了地球的引力。或者有人認為,引力的衰頹並不是線性的,而是到了某一界限,引力就會突然消失。其實這些想法都不是正確的。引力並不是像是磁力,或者力一樣,在力的特性曲線上有一定的範圍。
  • 為什麼物體會產生質量?
    物體的質量是怎麼來的?其產生機制是什麼?為了回答這樣的重大問題,一代又一代的物理學家付出了大量的努力。質量和重量的區別在日常生活中,我們通常會把質量和重量等價起來。但在物理學上,這是兩種概念。物體的重量來來自於重力,在不同表面重力的星球上,同一個物體的重量是不一樣的,例如,物體在月球上的重量只有地球上的六分之一。另外,太空人到了太空中繞著地球做自由落體運動,他們還會處於失重的狀態。在國際單位制度中,重量用「牛頓(N)」來表示。另一方面,質量是物體的基本屬性,不會因為物體處在不同的引力場中而發生變化。
  • 太陽和地球都非常重,為何它們不向下墜落,而是飄在太空中?
    包括太陽和地球,宇宙中的一切天體似乎都自由自在地懸浮在太空中。莫非有什麼神秘力量在下面拖著?根據日常的生活經驗,物體的質量越大,也就越重,越難脫離地表。地球上的物體之所以存在重量,就是因為存在地心引力。地球是一個球體,而地球上所有的物體都要受到這個指向地心的吸引力的作用。蘋果會掉向地面,就是地心引力的作用。除非有額外的力能夠抵消引力,否則它們都會掉向地面。
  • 物體的重量和質量雖然都會發生變化,但它倆並不是一回事兒
    在日常生活中,重量和質量的意義是一樣的,我們通常把一個物體的重量等效於其質量。但在某些特殊情況時,也需要考慮它們之間的差異。重量和質量是不同的,重量的單位為牛頓N,而質量的單位是千克kg。(地球引力、重力、向心力和慣性離心力組成的平行四邊形,從圖中可以很輕鬆的看出它們之間的關係。)物體所受到的重力還與物體的加速度有關。同樣一個物體處於不同的運動狀態時,其所受到的重力也是不同的。我們可以通過改變物體的加速度來改變慣性力,從而人為的改變物體所受到的重力。超重與失重就是這麼產生的。
  • 為什麼引力會使某些物體繞軌道運動而某些物體自由下落?
    圖解:牛頓最初的思想實驗描述了自由落體和軌道運動之間的相似之處。物體向側面移動得越快,它在空中停留的時間就越長。如果速度足夠快,那麼它根本不會下落。無論引力是將物體拉入軌道還是使其「掉落」取決於物體的運動方式。
  • 為什麼愛因斯坦會說引力並不存在?引力的本質是什麼?
    在太空中太空人會進入「失重」狀態,無法控制自己的行動,對生活會造成很多的困難,但是在地球上因為引力的束縛,促使了一切都十分的有規律,所以引力在日常生活中幾乎無處不在,任何地方都要考慮引力造成的影響,通常大家都會認為,引力促使物體產生了重量的概念,其實並不是這樣,引力是因為重量才誕生的。
  • 引力為什麼將物體吸引至質心,其特殊點又在哪裡?
    地球中心的物質確實對你有吸引力,但這並非特殊情況,字面上理解,所有的物體都對你有吸引力,根據牛頓萬有引力定律,電話簿、你的仇敵、你看見的東西、地球上所有的物體(或地球之外的物體)都對你有吸引力,每個原子吸引著任意的其它原子。圖解:所有具有質量的物質都會產生引力將其它物體「拉」向自己。
  • 為什麼愛因斯坦會說引力作用並不影響存在?引力的本質是什麼?
    引力在物理學中有多重要? 今天,結合量子探索,深入重力的故事,探索四種基本力之一的「重力。在太空中,太空人進入「失重」狀態,無法控制自己的行動,這給生命帶來了許多困難,但在地球上,由於重力的限制,一切都變得非常有規律,所以重力幾乎無處不在,在我們的日常生活中,你必須無處不在地思考它,人們普遍認為重力導致物體產生重量,但事實並非如此,重力是由重量產生的。
  • 在太空飛船中,我們會體驗到加速感嗎?
    雖然我們大多數人從未有機會進入太空,但我們每個人都有機會夢到它,想知道它會是什麼樣。在各種各樣的科幻節目中,你可以找到許多不同的表現,說明加速度是如何影響每個人和宇宙中的一切事物的。但是,如果你真的在這樣一艘太空船上,把自己限制在我們現在所知道的物理定律之內,你會真正體驗到太空加速感嗎?
  • 網友問:質量和重量是一回事嗎?
    質量是物質的量的度量,單位是「千克(kg)」,一個物體的質量無論放在哪裡都是一樣的;而重量和引力場強度有關,單位是「牛頓(N)」,同樣的物體在地球上和月球上,重量是不一樣的。質量是物體的固有屬性質量越大的物體,加速時就越困難,牛頓第二定律描述了F=ma,這裡的質量叫做慣性質量;除此之外,物體產生引力大小的量叫做引力質量,產生的引力大小由引力場方程描述。引力質量和慣性質量是兩個獨立的物理量,但是科學家發現,這兩個物理量的換算係數精確地等於「1」,才有了廣義相對論中的等效原理(慣性質量=引力質量)。
  • 你一定不知道:太空引力與地球引力的那點事!
    自從那個時候起,我們的科學家們對引力的了解不斷的深化,但牛頓的萬有引力定律在大部分情況下,仍然是相當好的粗略計算,方程式是這樣的:兩個物體間的引力相等於一個物體的質量乘以另外一個物體的質量,再乘以一個小數目,叫做引力常數,然後除以兩個物體距離的平方。如果你將其中一個物體的質量加倍,它們中間的引力會變為雙倍,如果將兩者距離增加增一倍,引力強度就會等於之前的四分之一。