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失重---測不到重量
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柳林
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文章推薦人 (2)

香水mama
藍色修女

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。



本文於 修改第 8 次

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離心力
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柳林
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離心力是「處身非慣性座標系下的人」所能感受到的力。-----兒童樂園一堆。

例如坐你爸爸的車,在轉彎時若速度較快,你會受到一「推向車門的力」,它與汽車煞車時,車內的人感受到「向前衝的力」是相同的。都是「處身非慣性座標系下的人」會感受到的力。

再多說一些,有些題目說牛頓第三運動定律有時會失效,只的就是這類情況的力。只有受力物,卻找不到施力物,也就無所謂作用力、反作用力了。

立場,在討論物理時是很重要的。一般不特別說明,通常就是指和地面一致的慣性系統。

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師說?
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wey333
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我們國中老師說:[沒離心力這名詞,那是一般人亂想出來的。]

原因:圓週運動使物體不飛出去是有[向心力],但那個物體會維持慣性有一個切線方向的力,又但是有向心力把他拉回來,所以會感覺有一個要把你甩飛出去的力,而一般人稱之為[離心力](不存在)

現在又提到離心力

難道是我們國中老師說錯,是:[離心力]是虛擬的力,它不存在

是嗎?

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非慣性系統下的失重思考
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柳林
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做圓周運動的太空人,我們說他是一個「非慣性系統」。這個處身在非慣性系統下的太空人受有一個向外的離心力。此離心力恰與太空人所受之地心引力大小相等,方向相反,合力為零。故太空人受力為零。

再強調一次,此合力為零的說法必須在此「非慣性座標」下方能成立。



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沒錯
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柳林
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所以啊,人造衛星高度不能太低,至少要在空氣極為稀薄的高度才行。(說完全沒有空氣那是不可能的)
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好怪
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sc1027988
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我後來想了一下牛頓的原理

奇怪的是

就算再快也會因為阻力而減慢最後碰到地面

所以課本上應該要補充高度要夠

到一個有引力卻沒有阻力的地方

這個原理才會成功吧



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楚門的世界
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柳林
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楚門的世界是一部電影,楚門出生在一個極大的攝影棚內,他以為他所經歷的人生,其實都在攝影棚內發生,且被紀錄著。

如果,有一個小baby一初生就是在太空梭內,從來不曾離開太空梭,那他會覺得她的世界就是這樣一個世界:物體永遠漂浮著,不會有任何重力把他拉向地面。

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