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[其他相关] 什么是微重力和微重力科学?

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发表于 2018-8-3 10:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  微重力代表一种受力环境,它是指在这种环境中的有效重力水平极低。具体而言,若按照“微重力”术语的英文“Microgravity”的原意,它是指该环境中的重力水平为地球表面处重力的百万分之一。在力学里,我们可以这样表示一个微重力环境:ge/g0=0(10-6),这里ge为所研究环境中的重力加速度,g0则为地面处的重力加速度。当然,目前也有许多广义的理解,把微重力理解为微小重力(或者说“低重力”),此时低重力的值通常为地面重力的万分之一 (10-4g0)。其实,人们常常提到的“失重”,就是微重力的另一种说法。

  哪里存在微重力环境呢?不言而喻,远离地球的太空环境就是一种微重力环境。从牛顿万有引力定律可知,两个物体间的引力和它们的质量成正比,和它们之间距离的平方成反比。所以,不难算出,若要使得距离地心L 处的环境满足微重力条件,要求L/R≧103(这里R 为地球半径)。就是说,距离地球为地球半径的一千倍的空间,就是微重力环境了。

  但是,在地球表面也可以形成微重力环境。例如,在一个自由落体的系统里,就可以造成一种“失重”的状态,因为地球的引力(即重力)用于产生物体下落的加速度了,这便是微重力环境。又如,围绕地球转动的空间飞行器,地球的引力(即重力)和飞行器运动产生的离心力相平衡,飞行器中也是一个微重力环境,所以航天员感觉到自己的身体是飘浮的——失重了!这样,我们就知道在地面获得微重力的手段为什么是落塔(或落井)了。当然,由于它们高度的限制,微重力时间很短,一般均以秒计。而各种空间飞行器(如美国的航天飞机和空间实验室,俄罗斯的和平号空间站)则可以提供数天到数年的微重力环境。

  此外,人们还建立另一类装置,可以进行微重力所实验,那就是“水池”,利用水的浮力来消除重力的效应。

  微重力是一种宝贵的资源,借此,人类可以进行地面上难以进行的科学实验,进行新材料和药物的生产、生命科学和生物技术的探索等等。微重力科学就是研究微重力环境中的科学规律,地面上被重力掩盖掉的许多现象可能被揭示出来,并可能会在生物技术、材料制备、能源环境等领域有着广阔的应用前景。

  来源:力学园地,作者:何郁。

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