週四就該寫的,卻因最近瘋著學日文就這麼擱下來了。才要寫,寂寞的狗狗過來了,搭著我的右手臂,眼神看著我,無聲的說著:「和我玩、和我玩。」----右腳夾著手帕和他玩,手就可以打字了,順便練腿力、腰力。為何會和腰力有關?你試看看,如果腰部放軟,腿會沒力,而且容易痠。
閒話不表,開場吧:
失重,顧名思義就是失去重量,更正確的說法是:「測不到重量」。
失重,就是零檢出。
沒有重量,和測不到重量一不一樣?這讓我想到最近很流行的話題:三聚氰胺。「零檢出是否就是零ppm?」大家都知道,檢不檢出和儀器的精密度有關,零含量這句話是沒有意義的。但記者好像是要逼衛生署長說出「零含量」這句話,才能彰顯食品絕對安全似的,此所以葉金川又被叮得滿頭包了。
但失重和前述的零檢出不同,失重是真的測不到,不管儀器多精密,就是測不到。而且這個測不到不是含量多寡的問題,是來自「物體所處情境、狀況」的原因。
失重時,到底重量(重力、萬有引力)還存不存在?
這就弔詭了,重力,也就是物體與地球間的萬有引力還是存在的,可是你就是測不到。----所以叫做失重。
設想你站在地板上,腳下放一個磅秤,磅秤讀數就是你的體重。現在地板忽然裂開,你的身體(腳)連同磅秤將會鉛直以相同的加速度自由落下。此時,請問你腳底下的磅秤讀數會是多少?------答案就是零,這就是失重。你不再有任何的「相對重量」壓向磅秤,所以磅秤讀數為零。
你瞭解,在上述情境中,人並未失去「重力」,只是測不到而已。
現在又設想你和磅秤處在一個密閉的箱子內,而這個箱子以重力加速度g的加速度落向地面(箱子內的你和磅秤亦然),磅秤讀數依然為零。----但心裡的恐懼會讓你無法安然享受「失重」的感覺。
如果你確定這個箱子不會「摔」到地面,而且失重的時間可以持續數小時甚至數天之久,你是否可以安然享受失重的感覺了。
哪裡有上述情況?
有,圍繞地球運轉的太空梭,或人造衛星內,就是類上述狀況。太空梭就像前述的箱子,以重力加速度的大小向地面下落,太空梭內的人也是以相同的加速度落向地面(如同其面所舉例子),所以裡面的人就測不到(也感受不到)重力的存在了。----離地面高高的太空梭軌道,重力加速度g大小不再是地面時的9.8m/s2。
您覺得磅秤測不到和感覺不到是不是一樣呢?----根據太空人的經驗,好像是一樣喔。
為何太空梭以重力加速度落向地面,卻不會到達地面?
如上圖,如果太空梭沒有重力加速度將它拉向地面,太空梭將會「因慣性」而沿著切線方向直飛出去。就因為有這個「指向地球球心」的重力加速度,不斷把太空梭拉下來,太空梭才得以維持繞著地球軌道的運動狀態。
你說的這個重力加速度,好像是「向心加速度」喔?
BINGO ,答對了。其實太空梭和前述的箱子一樣,都有一個指向地心的重力加速度。不同的是,太空梭有一個切線的速度,而箱子沒有。但若從「物體的加速度」這個角度來看,二者是相同的。
所以,失重的問題回答可以簡化成:「因為太空梭和梭內的太空人,有同樣大小指向地心的加速度,所以太空人感受不到他的重力。」
離開太空梭,自由繞著地球運轉的太空人(為安全起見,還是綁著繩子。),也因為他的重力加速度大小剛剛好等於他繞地球圓周運動的向心加速度大小,所以他感覺不到有一個特別向外或向內的力,所以也會覺得失重。
最後一個問題:太空人或太空梭維持著繞地球做圓周運動的狀態時,是否需要持續不斷的供應燃料?
同學都知道答案,但你真的「瞭解、體會」嗎?
--------慣性。對了,維持慣性是不需要力的。也就是物體在切線方向保持慣性,而在向心方向受力。這樣物體就能維持快慢不變,但方向一直改變的圓周運動了。
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