╭Applê.婧2008.04.16 回答

完全失重的分析

太陽系內的宇宙飛船（或人造衛星）只受萬有引力作用而運動的時候，它的質心相對太陽系質心座標系這個慣性系的加速度A不為零，等於宇宙飛船受到的萬有引力與質量之比，即等於飛船所在處的引力場強度。

以宇宙飛船的質心為原點，座標軸指向某幾顆遙遠的恆星，這樣建立的座標系稱為宇宙飛船質心座標系。要在宇宙飛船質心座標系中，對其中的或附近的質量為m的物體，應用牛頓第二定律，原則上應該引入等於（-mA）的慣性力。由於物體受到的萬有引力（mA）跟慣性力（-mA）的向量和正好為零。因此在宇宙飛船質心座標系（座標軸指向遙遠的恆星）中，對宇宙飛船或裡面的物體或附近的物體，應用非慣性系牛頓第二定律的時候，可以同時不考慮慣性力和萬有引力。在這個非慣性系中，物體似乎失去了萬有引力（實際上為慣性力所平衡），這種現象稱為完全失重。

完全失重的概念，提示人們只受萬有引力作用的物體的質心座標系具有怎樣特殊的性質。

完全失重舉例

電梯只受萬有引力作用的時候，如果試圖在電梯質心座標系（最好定義它的座標軸指向遙遠的恆星，定義它相對地面平動尚可）中，對電梯或電梯中的物體（以及對電梯外邊附近的物體，比如電梯正下方的幾米厚的泥土），應用牛頓第二定律，那麼電梯和其中的物體似乎失去了地球和其它天體施加的萬有引力（實際上為慣性力所平衡），這種現象也稱為完全失重。

兩塊磚頭疊在一起，作平拋運動或自由下落的時候，如果試圖在磚頭質心座標系中，對每塊磚頭應用牛頓第二定律，那麼磚頭似乎失去了萬有引力（實際上慣性力正好跟萬有引力平衡），這種現象也稱為完全失重。在磚頭質心座標系中，每塊磚頭都處於靜止狀態，受力平衡或不受力；磚頭完全失重，相應地，兩塊磚頭之間沒有壓力作用。

按照以上定義，完全失重概念適用於，只受萬有引力而運動的物體的質心座標系中，對質心附近的物體進行動力學分析。

完全失重的物理現象

人造地球衛星、宇宙飛船、太空梭等航天器進入軌道後，其中的人和物將處於失重狀態。航天器進入軌道後可以近似認為是繞地球做圓周運動，做圓周運動的物體的速度方向是時刻改變的，因而具有加速度，它的大小等於衛星所在高度處的重力的大小。這跟在以重力加速度下降的升降機中發生的情況類似，航天器中的人和物都處於完全失重狀態。

你能夠想像出失重的條件下會發生什麼現象嗎？你設想地球上一旦重力消失，會發生什麼現象，在宇宙飛船中就會發生什麼現象。物體將飄在空中，液滴呈絕對球形，氣泡在液體中將汙泥濁水上浮。宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服，走路務必小心，稍有不慎，將“上不著天，下不著地”食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣“漂浮”在空中，進入宇航員的眼睛、鼻孔……你還可以繼續發揮你的想像力，舉出更多的現象來。

你還可以再想一想，人類能夠利用失重的條件做些什麼？下面舉幾個事例，將會幫助你思考。這裡所舉的事例雖然還沒有完全實現，但科學家們正在努力探索，也許不久的將來就會實現。

在失重的條件下，熔化了的金屬的液滴，形狀呈絕對球形，冷卻後可以成為理想的滾珠。而在地面上，用現代技術製成的滾珠，並不呈絕對球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一。

玻璃纖維（一種很細的玻璃絲，直徑為幾十微米），是現代光纖通訊的主要部件。在地面上不可能製成很長玻璃纖維，因為沒等到液態的玻璃絲凝固，由於重力的作用，它將被拉成小段。而在太空的軌道上，將可以製造出幾百米長的玻璃纖維。

在太空的軌道上，可以製成一種新的泡沫材料？泡沫金屬。在失重條件下，在液態的金屬中通以氣體，氣泡將不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分佈在液態金屬中，凝固後就成為泡沫金屬，這樣可以製成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機翼，又輕又結實。

同樣的道理，在失重的條件下，混合物可以均勻地混合，由此可以製成地面上不能得到的特種使合金。

電子工業、化學工業、核工業等部門，對高純度材料的需要不斷增加，其純度要求為“6個9”至“8個9”，即99。9999%－99。999999%。在地面上，冶煉金屬需在容器內進行，總會有一些容器的微量元素摻入到被冶煉的金屬中。而在太空中“懸浮冶煉”，是在失重條件下進行的，不需要用容器，消除了容器對材料的汙染，可以獲得純度極高的產品。

在電子技術中所用的晶體，在地面上生長時，由於受重力的影響，晶體的大小受到限制，而且要受到容器的汙染，在失重條件下，晶體的生長是均勻的，生長出來的晶體也要大得多。在不久的將來，如能在太空建立起工廠，生產出砷化鎵的純晶體，它要比現有的矽晶體優越得多，將會引起電子技術的重大突破。