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科学思维:体验无重力状态,霍金教授的基本物理原理

时间:2023-07-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:再者,当人造卫星绕着地球旋转时,旋转所产生的离心力和地心引力相抵消,所以在太空舱里会达到无重量的状态。这就是霍金教授在2007年4月26日坐在飞机里体验零地心引力的基本物理原理。当然,正如前面所讲,在这一升一降之中,乘客也会体验到重量的增加,不过,最大增加到1.8G,也就是地心引力的1.8倍,全程都相当安全。

科学思维:体验无重力状态,霍金教授的基本物理原理

当我们站在地上或者坐在椅子上,地球对我们的身体有一个吸引力,按照牛顿“作用力和反作用力相等”的定律,地板或者椅子的表面对我们的身体产生一个反作用力。地球的吸引力是往下拉,这个反作用力是往上推,两个力的大小是相等的,所以,我们的身体会维持平衡不动。当我们用秤去称体重或者去感觉自己的身体重量,感觉到的就是这个反作用力的大小。那么,既然地心引力和它的反作用力大小一样,有什么差别呢?没错,地心引力是不变的,但是,当其他力量加在我们身上时,全部的反作用力会增加或者减小,我们的重量也因而改变。

例如,当水给我们身体一股浮力时,地心引力是往下,浮力是往上的,相减之后反作用力会减小,使我们觉得比较轻。再者,当人造卫星绕着地球旋转时,旋转所产生的离心力和地心引力相抵消,所以在太空舱里会达到无重量的状态。严格来讲,无重量是比较准确的说法。零地心引力描述同样的物理现象,事实上地心引力是被抵消了,并非不存在。最后,当我们在电梯、飞机或者火箭里,不论加速或减速,我们的重量会跟着改变。这正是高中时学的物理,加速度和力是有直接关系的。

当飞机或者火箭向上加速时,身体的重量会增加,尤其火箭升空时加速度很大,所以宇航员感到重量的压力也很大。反过来,当电梯或者飞机迅速向下时,我们感到身体的重量会减小。这就是霍金教授在2007年4月26日坐在飞机里体验零地心引力的基本物理原理。(www.xing528.com)

多年来,美国太空署都用飞机在空中迅速往下冲,达到零地心引力来训练宇航员。1993年,有一家专门提供太空旅游和娱乐活动商业公司,名字就叫作零地心引力。他们用一架经过改装的波音747飞机,每次升空90分钟,收费3,750美元(不过,霍金教授是免费的),飞机沿着一条抛物线的航道向上爬升,然后向下俯冲,每次乘客可以有30秒钟的时间体验100%的地心引力、1/3的地心引力(火星上面的引力),或者1/6的地心引力(月亮上面的引力)。在90分钟的飞行时间里,飞机会爬升、俯冲10至15个来回,让乘客有七八分钟的时间体验地心引力的消失或者降低,也就是没有质量或者质量减轻的感觉。当然,正如前面所讲,在这一升一降之中,乘客也会体验到重量的增加,不过,最大增加到1.8G,也就是地心引力的1.8倍,全程都相当安全。飞机的飞行高度是九千多米,每次最多可以载30位乘客,现在乘客可以选择在拉斯维加斯佛罗里达起飞,还可以通过网络预先订位,你有兴趣试试吗?

为什么霍金教授要尝试这样的飞行?他说,人类必须到太空发展,尤其是当地球上充满了气候变暖、传染病等危险的今天,私人、商业、营利机构都可以参与太空的发展,不一定得靠政府机构完全承担。对一个六十多岁、全身瘫痪、世界级的科学家来说,这是个短暂而有趣的旅程。

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