到底“失重”是怎么回事呢

人站在电梯内的台秤上，电梯启动时，有一个向下的加速度，这时人也以同样的加速度下降。人之所以具有了向下的加速度是由于人受两个力的作用:一个是竖直向下的重力，另一个是台秤对他的支承力，这个力的方向竖直向上。由于人获得的加速度方向是向下的，所以人受重力、支承力这两个力的合力也应该是竖直向下的。也就是说，竖直向上的支承力小于竖直向下的重力。这时反映在台秤上的读数便比重力小，这个结果说明此时的视在重量比真实重量小，好像是人失去了一部分重量。这就是“失重”。根据牛顿第二定律便可知道，“失去”的这部分重量的大小应该等于人体质量与加速度大小的乘积。在升降机加速下降过程中，人体质量并无变化，而加速度是可以不同的，所以，当下降加速度越大，“失重”就越严重。

我们用一根细绳拴住小球，然后我们用手捏住细绳的另一端并且甩动它，这样小球就会围绕着我们的手转动起来而做圆周运动。小球做圆周运动时，线总要拉住小球，对小球有一个拉力，拉力的方向总是沿着绳子的方向而指向圆心。一旦细绳被甩断了，小球立即沿圆周的切线方向飞出去，这个现象是大家熟悉的。为什么小球必然按照这样的轨道运动呢?原来作匀速圆周运动的物体虽然其速度的大小在运动的每一瞬时是相等的，但其速度的方向是在不断变化的，即速度矢量是变化的。速度的变化意味着运动物体具有加速度。这时加速度的方向是沿着物体圆周运动的圆轨道半径而指向圆心，叫做向心加速度。根据牛顿第二定律，物体的加速度是由于物体受力而产生的，而且合力的方向与加速度方向一致，这样作匀速圆周运动的物体所受合力就应当沿半径指向圆心的。上述小球正是这样，小球由于受到细绳指向圆心的拉力而作圆周运动，一旦绳子被甩断，这种指向圆心的拉力消失了，小球便不可能再沿圆周运动而由于惯性沿着切线方向飞出去。

［举一反三］

我们所居住的这个地球，每时每刻都在自转，因此地面上所有的物体都在绕地轴作匀速圆周运动，这情况不正是与拴有绳子的小球绕手做圆周运动的情况类似么!你想过吗:地球上的一切物体并没有用绳子拴在地轴上，而为什么不被地球甩出去呢?(https://www.daowen.com)

其实，地面上的物体都被一根一根的“绳索”拴在地球上呢!只不过这些绳索比较特殊，我们看不见罢了。你想一想，地球对所有的物体都有吸引力，这个力使物体不能离开地球，正如绳子的拉力使得小球不能远离手心一样。因此地球对物体的吸引力也就像是一根无形的“绳索”。正是由于这个引力起到了绳子的作用，这个力的一部分就成为地面上物体绕地轴作圆周运动所需要的向心力。既然地球对物体的引力有一部分作为物体绕地球作圆周运动的向心力，那么，在地面上称物体重量时所得的视在重量与真实重量就不会相同。事实也是如此，只不过两者差别相当小而已。

我们设想，一旦地球对地面上物体的引力消失，这就相当于拉小球的绳子断了，那么一切物体当然包括我们人类都将像断了细绳的小球一样，纷纷被甩出地球之外，这后果是多么不堪设想!所有物体，包括人类及各种生物，能够在地球上各得其所，正常生活，是与地球的引力的巨大作用分不开的。地球的引力的确是我们想不起来的“无名英雄”。

让我们再考虑一个有趣的情况。我们知道，作圆周运动的小球，让它转得越快，拉住它的细绳的力就必须越大。这样，就促使人们想，如果绕地球作圆周运动的物体运动速度越快，他所需要的向心力不也是越多吗?如果让它转动得足够快，这时它所需要的向心力恰好与地球对它的引力大小相等，那它一定会只在地球引力的作用下绕地球运转而掉不下来了。根据计算，只要飞行速度达到7.9千米/秒，这时绕地球作圆周运动的物体所需要的向心力就刚好和地球对它的引力相等，人造卫星就是这样设计的。

我们再想一想:在卫星上的物体，它们的重力完全用于作圆周运动时所需要的向心力，那它们岂不是没有重量了吗?的确如此。在卫星上所有的物体都将轻飘飘，毫无重量，这就是“完全失重”的情况。要是你在卫星上的话，你可以用手托住上吨重的物体而丝毫不花费力气;你可以随便飘浮在卫星中的任一位置，所有卫星上的物体也都可以随心所欲地飘浮在空中，这一切将构成一幅我们在地面上无法想象的奇特图景。人们长期居住在有引力的地球上，对于这种完全失去了重量的世界当然是很别扭的。如果使卫星一方面绕地球“公转”，另一方面绕自身的轴“自转”起来，那么卫星中的人和一切物体也都将随卫星的自转而旋转，人和物体自转所需要的向心力由卫星壁所提供，即卫星壁对人或物体将有支承力，当然人或物体就对卫星壁有压力，这就将使人和物体紧贴在卫星壁上，就像我们站在地面上一样方便。这就是在卫星上为克服完全失重而创造人工重力的方法。