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太空中完全失重受重力吗

来源:baiyundou.net   日期:2024-08-08

本次“天宫课堂”第三课是中国航天员首次在问天实验舱内进行的授课,神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲面向广大青少年进行太空授课。这次的授课精彩纷呈,让人印象深刻。

要理解这些授课内容及其背后的科学知识,我们就要首先了解一下有关“失重”和“完全失重”的知识!


在中学物理知识中,关于“失重”是这样描述的:

“失重”就是指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情况!此时物体有向下的加速度。

“完全失重”就是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)变为零的情况!此时物体的重力加速度完全等于向下的加速度。

“完全失重”正是在空间站上的人和物体能漂浮起来的原因!当人与舱内物体之间没有内部的压力时,人当然就漂浮起来了,在实验舱内所做的各种科学实验之所以与地面上的都有不同表现,也主要是因此而产生的。

需要明白的是:此时,虽然空间站以及物体、人都处于“完全失重”状态,乍看似乎人与物体都不再受重力了,但是实际上,由于整个空间站都在围绕着地球做圆周运动,其向心力正是由其所受重力或者说万有引力所提供的的!也就是说此时舱体和舱内所有人以及物体都依然受到重力作用,此重力大小正好等于万有引力!


在本次“天宫课堂”中,3名航天员在中国空间站问天实验舱内介绍展示了工作生活场景,我们会发现在航天员的脚底下,有很多“把手”,航天员们用手攥住这些把手或者把脚钻进去,从而获得动力向前运动或者固定住身体状态,防止身体飘起来。航天员向我们介绍了此次的问天实验舱,里面组装了生命生态实验柜、生物技术实验柜等各个科学实验柜,还有科学手套箱、低温存储柜等科学实验设施。科学手套箱为我们提供了一个密闭洁净的操作空间,让我们的实验更加便捷可控,未来问天舱内还将安装一台灵巧机械臂和一套显微操作系统,在它们的共同配合下,就可以给细胞做手术、穿刺,操作精度可以达到5微米。

接着,航天员给我们展示了完全失重环境下的毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水实验、会掉头的扳手实验以及植物生长研究项目介绍,并与地面课堂进行了互动交流

实际上,这次航天员们所做的实验,很多都能在地球上进行,但是在太空中实验现象会发生新的变化。从而会从另一个角度验证相关科学原理。


科学实验——毛细效应现象:

航天员陈冬向我们展示了“毛细效应现象”,陈冬用三根粗细不同的塑料管放进黄色液体中,那根最细的塑料管液体上升的速度非常快、而且最先到达管口!此现象不但比在地面上做的同种实验更明显而且更快速。

其物理原理是:所谓的毛细现象,是指液体在细管状物体内侧,由于内聚力与附着力的差异,克服地心引力而上升的现象。中学物理对此的解释是浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象,叫做毛细现象。管的内径越细,毛细现象越明显。

其实毛细现象是一种在我们的生活中非常普遍的物理现象。比如毛巾可以吸水、植物根茎吸水,大树就是依靠根部极细的毛细管把水分和养分向上输送到树梢的。在太空中,由于完全失重,相当于没有了重力的限制,在液体表面张力作用下毛细现象更加明显,于是能升至细管顶部!这就是航天员陈冬所做的实验中液体能够快速升至管顶的原因,而在地面上,当液体受到向上张力跟液柱所受重力相等时,液体就会停止上升,从而达到平衡,因此在地面上的这个实验中,液体上升很慢,并且上升一段后就会停止了。但是太空中却几乎没有了重力的限制。这种看似简单的现象,其实具体的物理原理还是相当复杂的,科学家们通过研究这种看似简单的物理现象,然后去解决遇到的各种问题,比如航空器发动机的燃料储箱、高空热管都利用了毛细作用。


科学实验——水球变懒现象:

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航天员刘洋向我们展示了这个神奇的实验,她提前做好了一个水球,这样的水球我们已经比较熟悉了,因为在“天宫课堂”第一课时,我们就已经见过了,之所以出现水球而不会出现水洒一地,就是因为在完全失重环境下,水滴会在表面张力的作用下收缩成一个接近完美球体的水球,而在地面上,因为受重力影响,这些水会立刻洒落一地。

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接着,刘洋用空的注射器喷出气体快速冲击水球,于是水球剧烈的振动起来,然后刘洋向水球内投入一个空心的钢球,钢球没有从另一端出来,而是仿佛有黏性一样又被拉回来水球内部,更有趣的是,再用空的注射器喷出气体快速冲击水球后,水球的振动竟然变小了!水球就像变“懒”了一样!

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这个实验表明:在流体中加入小球使流体的振动发生了一定的变化,似乎起到了“减振”的效果,导致水球变“懒”了。

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其物理原理是:当外力施加到水球上后,水就会发生共振,加入空心钢球后,水球固有频率会发生改变,导致相对不容易发生共振。

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我们看直播时会发现,当时在地面上的实验中也有类似的实验,水里放一个球,水的震荡也减缓了。生活中,在挑水时,常常在水桶表面放一片荷叶,也是为了减缓水的震荡,其原理也正与此相同。

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这种物理原理在航空航天中相当重要,比如说航天器在分离时加速度都会比较大,此时就会用到颗粒阻尼器,它具有吸能的作用,从而减少航天器与人受到的冲击。

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科学实验——太空趣味饮水实验:

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航天员刘洋又向我们展示了太空长管吸饮料实验,在该实验中,刘洋拿出一根2米长的细管,将细管的一头插入芒果汁饮料中,她吸了一口,饮料就很快地沿着管道进入刘洋的口中。

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其物理原理是:在地面上由于重力作用,2米长的管子想要吸水是很不容易的,但在完全失重的太空环境中,只需依靠吮吸的力量,就可以轻松喝到水了。

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科学实验——会掉头的扳手实验

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航天员陈冬向我们展示了T字扳手实验,其实,这个实验最初是由苏联宇航员贾尼别科夫在空间站中偶然发现的,被称为“贾尼别科夫效应”,这种看似违反直觉的“旋转”其实符合物理原理,在太空中,旋转的T字形扳手在没有外力干扰的情况下,会自己掉头翻转。

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T字扳手的旋转方式和质量的分布有关。具体来说,当刚体绕着它转动惯量最大的主轴,或转动惯量最小的主轴旋转时是稳定的,而绕着中间轴旋转时则是不稳定的。

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正如实验中演示的那样,T字扳手左右旋转,扳手不容易调头,上下旋转扳手却容易调头。

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以上这些物理实验非常有趣,而且有大量的生活应用,类似的几乎所有的科学知识都对我们现在的生活以及将来的生活有很大的帮助,会为人类的发展起到重要作用。

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中学生朋友们,努力学习科学知识吧,为了祖国的美好未来,加油!

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狄韵建4910太空完全失重?这问题搞不懂,完全失重就是只受重力,可为什么在太空中物体悬浮的, -
许枯例19836902571 ______[答案] 不对,只收到引力作用并非一定要掉下来,除非这个物体没有初始的横向速度. 只受到引力的情况我们会叫做“自由落体”... 所以最终才掉下来而已. 而且,物体在太空中不会悬浮,如果真的不动了是会掉下来没错,但是只要是高速运动就可以了.

狄韵建4910物体在太空中是完全失重吗? -
许枯例19836902571 ______[答案] 失重是一种表面现象,指的是对物体的支持面没有力的作用,也就是无法测得重力,好像重力消失了一样.因为物体在太空中绕地球运动时重力(万有引力)提供了向心力.此时物体只受万有引力的作用,有向下的向心加速度.

狄韵建4910完全失重是什么啊?在太空飞船上或空间站中受不受重力? -
许枯例19836902571 ______ 首先完全失重是一种理想的状态,在现实情况是不存在的(例如在太空中,也是存在这微小的重力) 要使一个物体完全失重的要素是物体的加速度a等于重力加速度g,按照牛顿定理(好像是第三定理)得到mg=ma+N,压力N=mg-ma=0. 举两个...

狄韵建4910完全失重是指不受重力?只要在太空就是完全失重?
许枯例19836902571 ______ 只要在宇宙中,任何地方都会受重力或者叫引力影响,完全不受重力的地方是不存在的,失重是引力被其他力平衡了,人们无法感知支持面的现象.

狄韵建4910人在太空中是完全失重状态? -
许枯例19836902571 ______[答案] 失重所谓失重,就是重力为零,即零重力.所谓重力,是物体所受天体的引力.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...

狄韵建4910太空中的物体完全失重吗 -
许枯例19836902571 ______ 首先说明,太空中的“失重”,并不是真正意义上的失重.而是一种类似于失重的特殊状态. 失重的定义是物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象.仔细考虑就会发现,这个定义给失重现象定了一个前提,那就是重力场的存在.没有重力场,也就没有重力,也就不存在失重现象.换句话说,按照这个定义,失重现象只会出现在天体的引力范围内.对于没有引力场的太空(或小到可忽略,或有离心加速度平衡掉,这里都归在没有引力场的范围里),由于不存在重力,按照上述定义也就不存在失重现象.而太空中那没有重力的状态,由于感觉与失重相似,所以习惯上也称为失重. 太空中的“失重”状态,是一种脱离力场的状态,或说完全没有重力的状态.这从航天员在航天器上悬浮的情况就可以知道.

狄韵建4910航天员在太空中受重力吗? -
许枯例19836902571 ______[答案] 受重力的,无论他离地球多远,都会受到重力,只不过是离得越远,受到的重力越小而已. 在太空中失重是因为重力充当离心力了.

狄韵建4910太空中物体受重力吗,为什么教科书上说物体完全失重仍 -
许枯例19836902571 ______ 自由落体的物体,也完全失重.失重是一种现象而已.

狄韵建4910宇航员在飞船中处于失重状态,还有重力势能吗? -
许枯例19836902571 ______ 宇航员在飞船中对支持物没有了压力,处于完全失重状态.所谓失重就是受到的支持力或者拉力小于重力,就是失重状态. 当然也有超重状态,就是物体在加速度向上的情况下,物体受到的支持力或者压力大于本身的重力的情况,叫做超重.飞船在被火箭加速升空的过程中,就是超重. 物体由于被举高时也具有一定的能量,这种能量叫做重力势能.重力势能的大小和高度有关,和物体的质量有关.高度越高,质量越大,物体的重力势能越大.

狄韵建4910在太空中物体会完全失重,竖直上抛一个物体不计空气阻力也处于完全失重对吗?完全失重什么情况下会有?是在竖直上抛这一过程中,是否是完全失重?... -
许枯例19836902571 ______[答案] 回答: 当物体以g为加速度下时会完全失重,所以 在竖直上抛这一过程中,完全失重.重力加速度等于向心加速度就完全失重 分析:完全失重是物体的视重为零 也就是说,在物体自由落体的时候,如果你去称它的重量的话是0.即是,视重为0 其原因...

(编辑:自媒体)
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