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英杰讲坛

完全失重浅析

太阳系内的宇宙飞船(或人造卫星)只受万有引力作用而运动的时候,它的质心相对太阳系质心坐标系这个惯性系的加速度A 不为零,等于宇宙飞船受到的万有引力与质量之比, 即等于飞船所在处的引力场强度。
    以宇宙飞船的质心为原点,坐标轴指向某几颗遥远的恒星,这样建立的坐标系称为宇宙飞船质心坐标系. 要在宇宙飞船质心坐标系中,对其中的或附近的质量为m的物体,应用牛顿第二定律,原则上应该引入等于(-mA)的惯性力.由于物体受到的万有引力(mA)跟惯性力(-mA)的矢量和正好为零.因此在宇宙飞船质心坐标系( 坐标轴指向遥远的恒星)中,对宇宙飞船或里面的物体或附近的物体, 应用非惯性系牛顿第二定律的时候, 可以同时不考虑惯性力和万有引力.在这个非惯性系中,物体似乎失去了万有引力(实际上为惯性力所平衡),这种现象称为完全失重。
    完全失重的概念,提示人们只受万有引力作用的物体的质心坐标系具有怎样特殊的性质。
    电梯只受万有引力作用的时候,如果试图在电梯质心坐标系(最好定义它的坐标轴指向遥远的恒星,定义它相对地面平动尚可 )中,对电梯或电梯中的物体(以及对电梯外边附近的物体,比如电梯正下方的几米厚的泥土),应用牛顿第二定律, 那么电梯和其中的物体似乎失去了地球和其它天体施加的万有引力(实际上为惯性力所平衡),这种现象也称为完全失重。
    两块砖头叠在一起,作平抛运动或自由下落的时候,如果试图在砖头质心坐标系中,对每块砖头应用牛顿第二定律,那么砖头似乎失去了万有引力(实际上惯性力正好跟万有引力平衡), 这种现象也称为完全失重.在砖头质心坐标系中,每块砖头都处于静止状态, 受力平衡或不受力;砖头完全失重,相应地,两块砖头之间没有压力作用。
    按照以上定义,完全失重概念适用于,只受万有引力而运动的物体的质心坐标系中,对质心附近的物体进行动力学分析。