在太空中,大型空间站的旋转是否真的能产生人造重力?

重力能是能产生 , 但是要求的条件比较苛刻 。先来说重力的产生 , 再说能不能采用这种方式 。
1:重力分为自然重力和人造重力;自然重力就是一些大质量的天体 , 比如地球就是利用自身质量大的优点 , 通过对物体的吸引力来产生重力 , 当然这部分引力并不是完全转化为重力 , 还有一部分转化为地球自转的向心力;也就是说一个星体对一个物体的引力可以分解为做圆周运动的向心力和重力 。由牛顿的万有引力定律和圆周运动的公式可以推导出 。因为地球自身的质量比较大 , 因此产生的重力比较稳定 , 并且人也不会感到不适 。
2:接着就是人造重力 , 要想在太空中产生重力 , 建筑物就必须对人体有支持力;由圆周运动的向心力与速度的关系式可得;Fn=m·v^2/r 。根据这个原理 , 可以让空间站围绕一个中心旋转;在没有旋转之前 , 人体和空间站的内壁没有任何作用力 , 因为都是处于失重状态 。当空间站旋转时 , 如果要想人不脱离空间站 , 内壁就必须对人体有一个支持力 , 这个支持力就可以充当圆周运动的向心力 。此时人就会获得一定的重力 , 这个重力的大小取决于空间站旋转的快慢 。
虽然有了理论的指导 , 但是目前没有哪个国家敢采用这种模式;主要涉及的问题有驱动动力 , 制造材料 , 结构类型 , 能源消耗等 , 其中最重要的还是安全问题 , 因为这种装置不像地球上那样重力是很稳定的 , 如果空间站的质量不够 , 就无法形成稳定的重力 。所以这种装置多出现在科幻作品中;比如《星际穿越》《极乐空间》等 。《星际穿越》中的是一个小型的 , 而《极乐空间》中的则可以培养生态系统 , 供人类居住 。

在太空中,大型空间站的旋转是否真的能产生人造重力?

文章插图
现在的空间站没有采用这种方式制造人造重力 , 且没有必要制造人造重力 , 因为我们还需要了解失重的环境对于人的危害 , 并且相关实验还需要依赖于失重的环境 。
但是 , 人造重力是人类前往星辰大海所必须要攻克的难关 , 因为人们了解到失重的环境不利于人的长期活动 , 这会导致一系列的健康影响 , 比如心率下降、骨质流失等等 。
虽然现在的人类科技不能像科幻电影中利用电来直接产生重力 , 但可见的未来是可以利用旋转来提供人造重力 。旋转提供的离心力可以模拟替代重力的效果 , 这是等效的 。
《星际穿越》中的永恒号就是利用整体旋转产生的离心力来提供人造重力的效果 。
不过 , 利用旋转来提供人造重力 , 不能忽视科氏力的影响 , 科氏力是指在旋转体系中 , 里面的质点由于惯性 , 会有沿着原有方向继续运动的趋势 , 整个体系是旋转着的 , 这会造成里面的人员感觉到头晕 , 为了避免这一现象发生 , 旋转空间站的半径要做的足够大才行 。
不过 , 以人类现在的科技水平来讲 , 制造像永恒号、IXS企业号这样的飞船是不可能的 。
但未来说不定!
这种方式确实可以产生人造重力 , 但如果要产生「高质量」的人造重力 , 对于太空站的尺寸还是有很大要求的 。
先说为什么可以产生人造重力:其实这就是旋转时产生的向心加速度 , 从而让人感受到和引力等效的力 。根据「等效原理」 , 这种向心加速度 , 与引力产生的加速度是没有差别的 。所以人在其中是可以正常生活的 。


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