为什么只有在空间站时才处于完全失重状态？
2024-11-19 阅读 11
更新于 2024年11月21日
要完全理解这道题，我们先引入视重的概念。
视重是物体与支持物相对静止并不受地球、支持物以外其它作用时，物体对支持物的作用力。你可以形象地理解成如果有一台电子秤，那么电子秤的示数就反映了视重的大小。
例如人随着电梯共同运动时，设人的质量为 mmm ，人和电梯具有共同的加速度为 aaa ，人受到的支持力为 FNF_NF_N 。取向下为正方向，根据牛顿第二定律，对人受力分析，有： mg−FN=mamg-F_N=ma\\mg-F_N=ma\\
静止或匀速运动时， a=0a=0a=0 ， FN=mgF_N=mgF_N=mg ，根据作用力与反作用力，如果你的脚下有一台电子秤，电子秤受到的压力大小也是 FNF_NF_N ，所以电子秤的示数就是你实际受到的重力大小。
电梯向上加速或向下减速时， a<0aFN>mgF_N>mgF_N>mg ，同理，电子秤的示数将会大于你受到的重力大小，你会感觉自己的身体变重了（实际上只是因为你的身体需要你的双腿提供更大的支持力）。这种情况叫超重。
电梯向上减速或向下加速时，你会感到自己轻飘飘的，这是由于你受到的支持力小于你的重力，这种情况叫失重。特别地，如果电梯做自由落体运动，那么 a=ga=ga=g 。此时你受到电子秤对你的支持力为零，你的视重为零，或者说你完全失重。
假如电梯在自由落体的过程中还受到了额外的向下的牵引力（而这个牵引力并没有作用于你），那么 a>ga>ga>g ，这时 FN<0F_N
把绳子拆成一段一段的比较好理解，近地轨道上的绳子速度低无法保持轨道高度，只有同步轨道处空间站的速度能够刚好保持轨道高度。实际上，空间站的轨道高度需要略高于同步轨道，不然空间站会掉下来。要搞懂太空电梯至少需要微积分的知识，对高中物理有点超纲了。
完全失重条件是空间站处于自由落体运动状态时。
