对于爱看科幻片的读者来说,人造重力是可望而不可及的技术,其实人造重力理论上是很简单的! 太空上可以体验到地球的重力,同样在地球上也可以体验到失重的感觉。
比如霍金就通过飞机体验过零失重体验!
人造重力可以分为三种!
第一种就是一直加速来模拟地球重力体验。
这个思想最初来源于爱因斯坦于1911发表的《关于引力对光线传播的影响》。等效原理告诉我们:你乘坐在飞船中遨游宇宙,如果飞船以垂直于底部向上以9.8m/s²的加速度前进,如果飞船内的人不向外看,那么他是无法区分自己是在地球上还是在太空上加速运动的。
这就很好的模拟了地球的重力!这种方法虽然简单明了,但是却很费燃料,一直保持重力加速度需要消耗大量的能量,原理简单,但是实行起来不靠谱。
第二种相对来说就比较靠谱,通过旋转来制造离心力,让宇航员们额外体验到一种力,这种离心力就可以带来重力体验的效果。
其实离心力一种虚拟的力,其并不真实存在!
我们可以想象一个很简单的例子就可以理解。如果你坐在一个旋转的飞椅上,你以飞椅为参照物,会发现自己静止不动。但是你会有一种要甩出去的感觉,这就是离心力。
在你看来,正是因为离心力等于向心力才让你合外力为零,所以你可以静止不动。但是站在地面的观察者不会额外引入向心力,他们只会认为你受到了向心力!你在飞椅上不仅可以感受到向心力也会感受到离心力,就相当于重力和地面支撑力一样。不过离心力是虚拟的力。
那么问题就很简单了,要使离心力达到地面重力效果,就要求向心力F=mrω²(ω是角速度)替代重力。所以向心加速度就是rω²。代入重力加速度9.8m/s²。令rω²=9.8。如果飞船旋转的r为100m,这就要求飞船每秒旋转18º,20秒要旋转一圈。
这样理论上就可以体验到重力了,其实两个飞船靠绳子绑在一起可以依靠惯性维持彼此长久的环绕旋转,省时省力!
不过目前人类还达不到长途宇宙航行的水平,顶多就是在国际空间站上做做实验,而且某些实验就需要空间站的微重力,所以人造重力目前没有多大用!
第三个比较笨拙,就是通过电磁场额外施力。
宇航员可以穿戴感应设备,这样就可以体验到电磁力了,如果把电磁力大小设计到重力大小就哦可了。但这也是最笨最麻烦的一种了!
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