失重 第4期
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2011年9月29日“天宫一号”发射升空，同年11月1日“神舟八号”飞船发射升空.这表明我国载人空间站的建设已经进入实验阶段.但是，在外太空宇航员将面临一个物理问题――“失重”.那么什么是失重？在地球上如何体验失重？失重又有哪些弊端和应用呢？
一、什么是“失重”？
电梯停在顶层，质量为m的重物放在台秤上，电梯启动下降，加速向下运动，m受到重力mg，台秤的支持力N，此时，秤所显示的读数是N的大小，发现N
飞船在环绕地球的圆形轨道上运动，每一瞬时它的速度都沿着圆的切线方向，但下一个时刻飞船并没有从ａ点到达ｂ′点，而是到达了圆形轨道上的ｂ点，这表明飞船有一个沿着半径指向圆心的加速度（同学们会在高一学到），这个加速度就是重力作用下产生的加速度g，于是便出现了完全失重现象.飞船在环绕地球运动时，便处于失重或完全失重的状态中.
在失重的状态中会出现许多有趣的现象，鹅毛会沉入水底，水和水银可以均匀地混合在一起，人能在空间自由漂浮、翻筋斗，没有重力作用，也就没有上、下之分了，可以头朝下工作.若有一个大物体挡在你面前，你可以从上面飞过去，物体失去了重量搬动起来一点都不费劲，人人都成了举重能手和跳高冠军.宇航员说：“失重时的运动非常有趣，失重使人有舒服感.”
二、在地球上如何体验“失重”？
在地球真正实现“失重”状态只有一种办法：飞机在垂直方向向下飞行.一般在航天员培训的时候，都会安排乘坐大型运输机飞到高空，然后开始在垂直方向上向下飞行，这样机舱内就会在这段时间形成暂时的失重环境，供航天员体验和训练.
此外，美国NASA的航天员培训中心还建造了大型的水池，作为另外一种方法来模拟失重状态.航天员穿上宇航服在水中由于浮力的作用，也能感受到类似的失重状态.唯一有一点区别在于水中的阻力大大地超过了没有水的环境，不过好处就是可以长时间地模拟失重环境，NASA的航天员就是在水池中训练太空行走和太空维修等复杂任务.
在我们生活中，本身就有许多可以体验“失重”的现象和例子.例如：挑战心理极限的“蹦极”运动；让人心惊肉跳的“摩天轮”和“过山车”；以及电梯突然向下运动、飞机的降落等.
如果拿一杯饮料去做“自由落体”实验，会出现什么情况呢？饮料会从容器里飞溅出来，然后成圆球形状态在空中漂浮.“失重”状态下的液体，由于表面张力的作用，会成球形，从而使表面积最小.我们还可以再做一个实验：在饮料瓶的底部开一个大约5的小孔，在饮料瓶中装满水，然后不要盖上盖子，从高空丢下它，你会看见什么现象？你会发现，水在下落的过程中不会从小孔和瓶口泄漏出来.
美国克利夫兰州的中学老师迈克・希基和其他38 名老师曾经乘坐一架改良的喷气式飞机，在大西洋上空“跳水”（上下飞行）进行“太空之旅”： 在大西洋上，飞机笔直地冲向蓝天，然后向海面俯冲.飞机上升时，他们经历“超重”，受到的重力为地球正常引力的1.8 倍；飞机下降时，他们感受“失重”. 这个过程只有短短的50s .
三、“失重”有哪些弊端？
你能够想象出完全失重的条件下会发生什么现象吗?你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象.物体将飘在空中；液滴绝对呈球形；气泡在液体中将不上浮；宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服；走路务必小心，稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”；食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中进入宇航员的眼睛、鼻孔……你还可以继续发挥你的想象力，举出更多的现象来.
失重是航天飞行中的一个特殊物理现象，载人航天实践证明，失重对人体的生理功能有很大影响，但不像原先想象的那样严重.
人类40多年的航天实践表明，微重力环境对宇航员的健康、安全和工作能力会产生重要影响，中长期航天飞行可导致宇航员出现多种生理、病理现象，主要表现为心血管功能障碍、免疫功能下降、肌肉萎缩、内分泌机能紊乱、工作能力下降等.
失重可引起心血管功能的改变.失重时人体的流体静压丧失，血液和其他体液不像重力条件下那样正常地流向下身.相反，下身的血液回流到胸腔、头部，可引起宇航员面部浮肿、头胀、颈部静脉曲张、鼻咽部堵塞、身体质量中心上移.人体的感受器感到体液增加，机体通过体液调节系统减少体液，出现体液转移，反射性多尿，导致水盐从尿中排出，血容量减少，血红蛋白量也可相应减少；还可出现心律不齐、心肌缺氧以及心肌的退行性变化，并出现相应的心脏功能障碍，如心输出量减少、运动耐力降低等，返回地面后对重力不适应而易于出现心慌气短以及性晕厥等表现.这些可严重影响人体健康和工作效率，因而成为中长期载人航天飞行的一大障碍，也是迫切需要解决的航天医学问题.随着航天飞行的时间延长，心血管功能可在新的水平上达到新的平衡，心率、血压、运动耐力以及减少的血容量和血红蛋白可逐步恢复到飞行前的水平.
长期失重会引起人体的骨钙质代谢紊乱.人体失重后，作用于腿骨、脊椎骨等承重骨的压力骤减，同时，肌肉运动减少，对骨骼的刺激也相应减弱，骨骼血液供应相应减少，在这种情况下，成骨细胞功能减弱，而破骨细胞功能增强，使得骨质大量脱钙并经肾脏排出体外.骨钙的丢失会造成两个后果：骨质疏松和增大发生肾结石的可能.失重所导致的骨丢失随飞行时间的延长而持续进行，而且这种骨质疏松一旦形成，回到地面重力环境下也难以逆转.俄国宇航员在和平号空间站上曾试验多种对抗措施，如每天2小时的跑台运动，穿企鹅服给以人工加载及服用特殊药物等，但未能完全解决问题.目前这仍然是航天医学需要解决的难点问题.
在失重条件下，由于人体脊椎骨没有重力压迫，互相能舒展开，因此一般可以长高2.5~5.0厘米.但脊柱增高以后下背部的肌肉并没有随着增长，结果引起背部疼痛.几乎所有的航天员在太空生活的头一周都体验过难以忍受的背部疼痛，这是太空生活中最难适应的一件事情.除了服用阿司匹林止痛外，身体采取卷曲姿势，即将膝盖靠近胸部也可缓解疼痛.睡眠时，为了减轻疼痛，航天员经常用一条带子将自己捆绑成卷曲姿势，然后才能入睡.
四、“失重”有哪些应用？
获取规则“球体”.在失重条件下，融化了的金属的液滴，形状绝对呈球形，冷却后可以成为理想的滚珠.而在地面上，用现代技术制成的滚珠，并不绝对呈球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一.
在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料――泡沫金属.在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属.这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实.
同样的道理，在失重条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种合金.
电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为“6 个9” 至 “8 个9”， 即99.9999%～99.999999%.在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中.而在太空中的“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可获得纯度极高的产品.
制造“特殊晶体”.在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受重力影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染.在失重条件下，晶体的生长是均匀的，生长出来的晶体也要大得多.在不久的将来，如能在太空建立起工厂，生产出砷化镓的纯晶体，它要比现有的硅晶体优越得多，将会引起电子技术的重大突破.
在太空失重的条件下，会生产出地面上难以生产的一系列产品.建立空间工厂，已经不再是幻想.科学家们要在太空中做各种实验，青年学生也可以提出自己的太空试验设想，展开你想象的翅膀，为宇宙开发贡献一份力量.