空间站里有重力吗？GydF4y2Ba

这是一个系列节目的一部分GydF4y2Ba常见误解GydF4y2Ba.GydF4y2Ba

我们问：国际空间站内部有引力吗？GydF4y2Ba

为什么有些人说不：GydF4y2Ba宇航员似乎在国际空间站和太空行走中失重漂浮。GydF4y2Ba
为什么有些人说是：GydF4y2Ba地球的引力场延伸到太空，因此将国际空间站和宇航员拉入其中。GydF4y2Ba

目录GydF4y2Ba

正确的论点（定性）GydF4y2Ba
正确的论据（定量）GydF4y2Ba

正确的论点（定性）GydF4y2Ba

事实上，重力GydF4y2Ba做GydF4y2Ba作用于国际空间站中的物体，尽管它们看起来是自由漂浮的，就像它们在完全没有重力的深空中一样。为了证明这两件事都是真的，让我们回到现实中来。如果我们坐在地球表面的汽车里，很明显重力在起作用。GydF4y2Ba

尽管如此，当我们坐在汽车或快速翻过山顶的过山车上时，我们仍能感受到熟悉的失重感。发生这种情况的原因是，当轨道转弯（从上坡到下坡）时，过山车（以及车内的所有东西）仍保持其原始向上速度。轨迹的形状将轨迹施加在小车上，并使其向下加速。GydF4y2Ba

推车中的物体不会受到这种力，因此会自由下落，直到它们与安全带/安全带碰撞。事实上，我们可以从手上释放一些东西，它看起来会漂浮在半空中，从我们的角度看，既不会向上移动也不会向下移动。GydF4y2Ba

很明显，尽管重力继续作用，但由于其轨迹，推车中的物体会经历失重状态。GydF4y2Ba

这与我们在空间站发现的情况类似。国际空间站不仅仅是漂浮在太空中，相对于地球而言，它正在以超过17500英里/小时（每秒4.5英里）的速度围绕地球运行。GydF4y2Ba

在这样一个圆形轨道上运行需要一个朝向中心的力。作为一个简单的类比，想象一下在转弯时车门的作用力。在这里，我们也有同样的需求，但国际空间站的墙壁不能提供这样的力，毕竟国际空间站是冲过太空的，不能推开像道路这样坚硬的东西。GydF4y2Ba

那么力来自哪里呢？它来自地球的引力。事实上，当国际空间站（或任何其他卫星）绕地球轨道运行时，会在重力的向内拉力和保持圆周运动所需的向心加速度之间实现完美平衡。GydF4y2Ba

因此，国际空间站内部的物体不断地向地球自由下落，给人以失重的感觉和外观。但与我们可能预期的相反，这正是由于重力的拉动，而不是它的缺失！GydF4y2Ba

在自由下落的电梯中也可以看到同样的现象。假设一个人站在电梯里自由落体，当他们伸出手机并释放它时。在地球的框架中，人和手机在重力作用下自由下落。然而，从电梯里的人的角度来看，手机保持在同一高度，似乎在漂浮。GydF4y2Ba

正确的论据（定量）GydF4y2Ba

国际空间站处于地球引力场中，引力场的强度GydF4y2Ba $\mathbf{a}{uUtextrm{gravity}=\frac{GM{uUtextrm{Earth}}{r^2}GydF4y2Ba$ 高度GydF4y2Ba $RGydF4y2Ba$ 在地球中心之上。另一方面，保持在高速的圆形轨道上GydF4y2Ba $vGydF4y2Ba$ 和半径GydF4y2Ba $RGydF4y2Ba$ 国际空间站需要向地球中心的加速度，由GydF4y2Ba $\mathbf{a}{uUtextrm{向心的}=\frac{v^2}{r}。GydF4y2Ba$ 国际空间站向内加速度的唯一来源是地球引力，所以我们有GydF4y2Ba $\开始{aligned}\mathbf{a}\textrm{gravity}&=\mathbf{a}\utextrm{向心}\\\frac{GM\utextrm{Earth}}{r^2}&=\frac{v^2}{r}\end{aligned}GydF4y2Ba$ 轨道速度是GydF4y2Ba $v=\sqrt{GM\uux\textrm{Earth}/r}。GydF4y2Ba$

因此，在国际空间站的框架内，物体会经历加速度GydF4y2Ba $\mathbf{a}=\mathbf{a}\uUtextrm{gravity}-\mathbf{a}\uUtextrm{向心}=0，GydF4y2Ba$ 让宇航员体验失重状态。GydF4y2Ba

另见GydF4y2Ba

与…有关。。。GydF4y2Ba

目录GydF4y2Ba