4.同一物體所受重力，會(huì)因加速度的變化而發(fā)生很大變化。

5.天體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天體的直徑，所以計(jì)算天體之間的萬(wàn)有引力時(shí)可以把天體視為質(zhì)點(diǎn)。除物體所在的天體外，其他天體對(duì)物體的萬(wàn)有引力都能和與之對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消。但是實(shí)際上，天體（除人造天體外）的體積很大。使得天體表面上物體的加速度與天體質(zhì)點(diǎn)的加速度不同，而且隨時(shí)變化。所以物體所受其他各天體的萬(wàn)有引力不能與各自對(duì)應(yīng)的慣性力完全抵消了，從而使得天體表面上物體的重力發(fā)生變化。這就是地球海洋發(fā)生潮汐變化的原因。

重力與彈力、摩擦力、電場(chǎng)力等有本質(zhì)區(qū)別。

只有萬(wàn)有引力和慣性力有資格成為重力的分力，因?yàn)槿f(wàn)有引力和慣性力都是同時(shí)作用在物體的每一個(gè)質(zhì)元上，使物體獲得重量。

彈力和摩擦力只能作用的物體的局部。電場(chǎng)力也只能作用在物體的局部，因?yàn)殡妶?chǎng)中的導(dǎo)體靜電平衡時(shí)電荷分布在導(dǎo)體的局部，絕緣體被極化后電荷也分布在絕緣體的局部。磁場(chǎng)力也只能作用在物體的局部，因?yàn)橛来朋w有磁極，軟磁體在磁場(chǎng)中也被磁化出現(xiàn)磁極。這些作用在物體局部的力，不能像萬(wàn)有引力和慣性力那樣使物體獲得重量。

一、虛擬力的產(chǎn)生

力的分解是按照力的多個(gè)作用效果，把一個(gè)力想象成與各作用效果對(duì)應(yīng)的幾個(gè)分力，并用這些想象出來(lái)的分力把原來(lái)的那個(gè)力替換掉。

力的合成是把幾個(gè)力的共同作用效果，想象成是一個(gè)力的作用效果，這個(gè)力稱作合力。并用想象出來(lái)的合力把原來(lái)的幾個(gè)分力替換掉。

被想象出來(lái)的力是虛擬力。

不論在慣性系下，定義重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力，還是在非慣性系下，定義重力是萬(wàn)有引力與慣性力的合力，重力都是被想象出來(lái)的，重力是虛擬力。

二、重力虛擬性的表征

客觀存在的真實(shí)力應(yīng)該有它的施力物與受力物。虛擬的力就不是這樣了，如慣性力就沒(méi)有施力物。站在理論的角度考慮，重力是虛擬的力，無(wú)法判定具體的施力物。

如果做近似研究，在地面附近，把重力視為地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力，則對(duì)重力來(lái)說(shuō)地球?yàn)槭┝ξ?，物體為受力物。

通過(guò)下面三個(gè)實(shí)例可以檢驗(yàn)新定義的科學(xué)性。

帶有人造重力裝置的人造天體(2張)

使衛(wèi)星自轉(zhuǎn)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，原來(lái)完全失重的宇航員可以恢復(fù)類似在地面上的體重。這種想法早在二十世紀(jì)60年代，就在一些科普讀物上出現(xiàn)了，幻想在衛(wèi)星上制造與地球表面類似的生活環(huán)境。只是當(dāng)時(shí)沒(méi)有意識(shí)到，在失重狀態(tài)下長(zhǎng)期飛行，會(huì)使骨骼脫鈣，肌肉變得松弛等，傷害宇航員的健康。遠(yuǎn)征火星將經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歲月，為了使健康狀況允許宇航員堅(jiān)持完成人類賦予的科研任務(wù)，科學(xué)家準(zhǔn)備在載人飛船座艙中安裝“人造重力裝置”，其想法和前面是一樣的。使處于失重狀態(tài)的物體重新獲得類似地面上的重量的過(guò)程，簡(jiǎn)稱“獲重”。獲重的基本原理可以運(yùn)用重力的新定義來(lái)解釋。座艙中的宇航員所受各星球的萬(wàn)有引力，已經(jīng)分別被各萬(wàn)有引力加速度對(duì)應(yīng)的慣性抵消掉。在沒(méi)有萬(wàn)有引力可利用的情況下，宇航員想獲得重量，只能靠慣性。這就使科學(xué)家想到，讓座艙自轉(zhuǎn)。這樣體重的獲得就沒(méi)有萬(wàn)有引力參與，宇航員所受重力只等于他隨座艙自轉(zhuǎn)的向心力所對(duì)應(yīng)的慣性?？梢?jiàn)“獲重”是依賴其矛盾的另一方面“失重”而存在著。

在慣性系下觀察，由于地球自轉(zhuǎn)，地球表面放置的物體具有向心加速度。赤道上物體的向心加速度最大，兩極上物體的向心加速度等于零，最小。

為解釋地球略顯橢球形的原因，應(yīng)分別選擇物體在不同緯度上的位置為非慣性系。同一個(gè)物體在赤道上，物體的向心加速度最大，所以物體所受的慣性力最大，方向卻與萬(wàn)有引力相反，而且所受萬(wàn)有引力也最小。這樣一來(lái)萬(wàn)有引力與慣性力的合力，相對(duì)與其他緯度就最小，也就是重力最小。在兩極上相對(duì)其他緯度萬(wàn)有引力最大，而向心加速度為零即最小，慣性力也最小，所以重力最大。這樣同一物體從赤道移到極地，重力由最小逐漸變到最大，同時(shí)物體的比重也逐漸變大。海水是地球表面的主要組成部分，赤道附近的海水比重最小，根據(jù)連通器的比重小的一側(cè)液面比另一側(cè)高的原理，這里的海面會(huì)突出一些。這就使得可塑性的地球在以這種形式分布的重力作用下，就變成赤道距地心遠(yuǎn)，兩極距地心近的橢球形狀。

雖然海平面是橢球形，但是在地球表面任意一點(diǎn)上，物體受重力的方向總是垂直于所在位置處的海平面，或說(shuō)總是垂直于與海平面平行的靜止水面。

圖1

潮汐的成因主要來(lái)自月球和太陽(yáng)對(duì)海洋的作用。這里只分析月球的作用。由于月球?qū)Ｑ蟮淖饔?，漲潮現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生在地球離月球最近的海面和離月球最遠(yuǎn)的海面這兩個(gè)區(qū)域（兩個(gè)區(qū)域中心分別稱為近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)），

從而使橢球形的海平面疊加了紡錘體形（如圖1）。為什么會(huì)這樣？

在敘述之前約定，忽略地月以外的其他星球的影響，并且不考慮地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)等分運(yùn)動(dòng)。潮汐現(xiàn)象出現(xiàn)紡錘體形海平面的說(shuō)法，就是沒(méi)有考慮地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。

有理由認(rèn)為實(shí)際情況是，地球自轉(zhuǎn)使得下面的過(guò)程隨時(shí)發(fā)生著：在近月點(diǎn)的地球物質(zhì)離開(kāi)的同時(shí)，另一部分地球物質(zhì)移進(jìn)近月點(diǎn)，并且繼承了離去的地球物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，遠(yuǎn)月點(diǎn)也是這樣。這就保持了紡錘體的兩端總處在近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)。

用黑體字代表矢量，統(tǒng)一用F代表萬(wàn)有引力，f代表慣性力，用G代表重力，分別以各自的位置為非慣性系，下面的運(yùn)算是矢量運(yùn)算。

查看圖2，在地心處取質(zhì)量為m的物質(zhì)，在近月點(diǎn)取質(zhì)量為m_近的物質(zhì)， 在遠(yuǎn)月點(diǎn)取質(zhì)量為m_遠(yuǎn)的物質(zhì)，把三份物質(zhì)視為三個(gè)物體并作為三個(gè)研究對(duì)象，設(shè)定m=m_近=m_遠(yuǎn)。

圖2

把地球和月球看作質(zhì)點(diǎn)，說(shuō)是月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上是月球和地球都繞二者的共同質(zhì)心做圓周運(yùn)動(dòng)，只是地球的圓周軌道小得多。（雙星的兩個(gè)質(zhì)量相近的星球的圓周軌道近似相等）地球質(zhì)點(diǎn)受到月球質(zhì)點(diǎn)的萬(wàn)有引力正是地球質(zhì)點(diǎn)繞共同質(zhì)心做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以這里的萬(wàn)有引力等于向心力。以地心為非慣性系，此向心力對(duì)應(yīng)的慣性力與此向心力大小相等方向相反。所以地球質(zhì)點(diǎn)受月球質(zhì)點(diǎn)的萬(wàn)有引力與這個(gè)慣性力大小相等方向相反，相互抵消。

物體m在地心上，它的運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)力學(xué)規(guī)律與地球質(zhì)點(diǎn)的完全一樣，所以就可以把m看作與地球在同一軌道上運(yùn)行的行星。這樣m受的月球的萬(wàn)有引力F_月和與之對(duì)應(yīng)的慣性力f_月相互抵消了。這里有F_月=f_月的關(guān)系，下面就以此式為準(zhǔn)，比較力的大小。

實(shí)際上地球的體積很大，不能看作質(zhì)點(diǎn)了。因?yàn)檫h(yuǎn)月點(diǎn)、近月點(diǎn)、地心、月心還有地月共同質(zhì)心總是在同一直線上，所以兩點(diǎn)兩心繞地月共同質(zhì)心運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度相同（如圖2）。

這樣一來(lái)，m_近與m 的角速度相同，而m_近繞地月共同質(zhì)心的軌道半徑比m的小，這就使得近月點(diǎn)的m_近的向心加速度比地心處m的小。結(jié)果是m_近受的慣性力f_月近比m的f_月小。又因?yàn)閙_月近與月球的距離也比m的小，所以m_近受月球的萬(wàn)有引力F_月近大于m的F_月 。以 F_月=f_月為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)比可知F_月近大于f_{月近。}得出F_月近與f_月近的合力與m_近受地球的萬(wàn)有引力F_地近反向。來(lái)求m_近的重力G_近，G_近=F_地近+（F_月近+f_月近）， 可知m_近受的重力G_近小于所受地球的萬(wàn)有引力F_地近（若無(wú)月球的作用則G_近=F_地近），即由于月球的作用 m_近所受重力變小，m_近的比重也變小。如果m_近是這里的海水，那么這里就會(huì)有漲潮發(fā)生，這跟上段說(shuō)的連通器原理相同。用同樣的方法研究遠(yuǎn)月點(diǎn)的m_遠(yuǎn)，雖然已是F_{月遠(yuǎn)}小于f_{月遠(yuǎn)}，但是二者的合力卻也是與地球的萬(wàn)有引力反向。月球的作用也使m_遠(yuǎn)的重力變小，比重也變小。所以遠(yuǎn)月點(diǎn)的海水同時(shí)也會(huì)有漲潮發(fā)生。這就使得海平面微微呈現(xiàn)出紡錘體的形狀。

太陽(yáng)對(duì)海洋的作用的分析方法與月球的一樣。兩者的共同作用，再加上它們軌道平面的相互交叉及不同地區(qū)的地形地貌各異，還有地球自轉(zhuǎn)等，使得地球表面具體地點(diǎn)的潮汐現(xiàn)象變得復(fù)雜。

如果月球上有海洋，那里也會(huì)有潮汐現(xiàn)象發(fā)生。因?yàn)樵虑虬霃脚c月球運(yùn)行軌道半徑的比值已經(jīng)很小，所以現(xiàn)象會(huì)不太明顯。

小行星靠近木星時(shí)會(huì)有被撕裂的現(xiàn)象發(fā)生，也可以用這里的方法解釋。

在地面附近的范圍內(nèi)，重力的研究和應(yīng)用采用了近似的方法。近似方法忽略了地球的自轉(zhuǎn)，重力近似等于萬(wàn)有引力，同一物體在各處受的萬(wàn)有引力相同。這樣重力就近似為恒力。在這樣的前提下，建立起中學(xué)階段的重力概念。運(yùn)用近似方法，在地面附近可以順利地進(jìn)行有重力參與的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究，尤其是對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)的研究。為了順從難度的要求，在中學(xué)階段近似的方法是研究和應(yīng)用重力的唯一選擇。但是這里所采用的重力定義存在實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題，這將在【問(wèn)題分析】一段第4條詳細(xì)敘述。

在近似研究中展現(xiàn)在面前的是披著重力外衣的萬(wàn)有引力，實(shí)際上不是在研究重力而是在研究萬(wàn)有引力。讓萬(wàn)有引力脫掉虛幻莫測(cè)的外衣，與彈力、摩擦力組合成中學(xué)力學(xué)中三個(gè)基礎(chǔ)的力（萬(wàn)有引力的測(cè)量會(huì)因地球自轉(zhuǎn)存在微小的系統(tǒng)誤差，是近似研究所允許的），是編寫(xiě)中學(xué)力學(xué)教材的科學(xué)合理的方法。至于重力，經(jīng)過(guò)深入挖掘得出科學(xué)的重力概念，并把它引入大學(xué)教材。

要注意的是，沒(méi)有把重力設(shè)定為恒力的前提，就不能建立起中學(xué)階段的重力概念和定義。

新版本概念和定義的應(yīng)用，體現(xiàn)在下列目錄的內(nèi)容中：【實(shí)踐檢驗(yàn)】、【現(xiàn)象本質(zhì)】、【問(wèn)題分析】和【加速運(yùn)動(dòng)物體的平穩(wěn)運(yùn)行】等。

“物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象”。反之稱失重現(xiàn)象。 ^[3]  這樣只把現(xiàn)象拿給讀者而沒(méi)有揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，或說(shuō)沒(méi)有給出現(xiàn)象的機(jī)理，力學(xué)的使命不是這樣的。超重現(xiàn)象與失重現(xiàn)象的本質(zhì)論述如下。

在地面附近近似應(yīng)用時(shí)，不考慮地球自轉(zhuǎn)且認(rèn)為萬(wàn)有引力是恒力。根據(jù)定義“以放置物體的支撐物為非慣性系，重力F_重是物體所受的萬(wàn)有引力F_引與慣性力F_慣的合力”，以升降機(jī)為非慣性系來(lái)求升降機(jī)中放在測(cè)力計(jì)上的物體的重力。同一個(gè)物體，在加速度不同的情況下求出的重力是不同的。重力的變化能反映出超重、失重現(xiàn)象的本質(zhì)（指第1條到第4條）。下面的過(guò)程中，萬(wàn)有引力無(wú)法改變，但是可以通過(guò)改變加速度來(lái)改變慣性力，從而人為地改變重力。

1、當(dāng)升降機(jī)的加速度為零時(shí)，物體所受慣性力為零，重力等于萬(wàn)有引力。其大小可以看作是物體正常情況下的重量，正常重量等于萬(wàn)有引力的大小。

2、當(dāng)升降機(jī)的加速度方向向上時(shí)，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變大。物體所受的慣性力方向向下，重力的大小等于萬(wàn)有引力的大小加上慣性力的大小，所以重力大于萬(wàn)有引力。（重力變大了，但萬(wàn)有引力不變）物體出現(xiàn)超重現(xiàn)象。

3、當(dāng)升降機(jī)的加速度方向向下時(shí)，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變小。物體所受的慣性力方向向上，重力的大小等于萬(wàn)有引力的大小減去慣性力的大小，所以重力小于萬(wàn)有引力。（重力變小了，但萬(wàn)有引力不變）物體出現(xiàn)失重現(xiàn)象。

4、當(dāng)升降機(jī)的加速度方向向下，且大小等于萬(wàn)有引力加速度的時(shí)候，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變?yōu)榱恪Ｎ矬w所受的慣性力方向向上，且大小與萬(wàn)有引力相等，重力的大小等于萬(wàn)有引力的大小減去慣性力的大小，結(jié)果為零。（重力變?yōu)榱懔耍f(wàn)有引力不變）物體出現(xiàn)完全失重現(xiàn)象。

5、假設(shè)地球不自轉(zhuǎn)，如果在這種情況下，把地球表面物體受到的萬(wàn)有引力定為正常的重力，那么在真實(shí)情況下就可以說(shuō)，地面上的所有物體都處在微弱的失重狀態(tài)。

6、放在衛(wèi)星中的物體，地球?qū)λ娜f(wàn)有引力與對(duì)應(yīng)于繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心加速度的慣性力，兩個(gè)力大小相等方向相反，使重力變?yōu)榱?，物體完全失重。實(shí)際上衛(wèi)星對(duì)物體有微小的萬(wàn)有引力，所以稱衛(wèi)星內(nèi)部是一個(gè)微重力實(shí)驗(yàn)室。

7、處在失重狀態(tài)下的物體，如果又受到支持力，會(huì)使物體受到新的重力。同樣處于失重狀態(tài)下的宇宙飛船，如果開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)，飛船內(nèi)的物體和飛船自身也會(huì)受到新的重力。

8、需要注意的是既然重力是同時(shí)作用在物體的每一個(gè)質(zhì)元上，那么超重和失重現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生在物體的每一個(gè)質(zhì)元上。

9、超重、失重和“獲重”都是物體所受重力千變?nèi)f化的外在表現(xiàn)。同一物體因?yàn)榧铀俣鹊淖兓渌苤亓﹄S之變化，重力的變化應(yīng)該是力學(xué)著重研究的問(wèn)題，力學(xué)不必刻意地把超重、失重列為一個(gè)課題而不知所措地去研究。

重力的定義本來(lái)是在靜力學(xué)中建立起來(lái)的。而在中學(xué)教材中，研究拋體（自由落體是拋體的特例）的運(yùn)動(dòng)屬于動(dòng)力學(xué)范疇。為了適應(yīng)教材的要求，規(guī)定在地面附近范圍內(nèi)，近似地認(rèn)為重力是恒力，重力加速度恒定。這樣一來(lái)就可以以地面為慣性系順利地研究拋體運(yùn)動(dòng)了。

但是，超出地面附近這個(gè)范圍，再以地面為參照系研究有關(guān)重力的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，就會(huì)出現(xiàn)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符的問(wèn)題。舉例如下：

例1、以地面為非慣性系，同步衛(wèi)星相對(duì)地面是靜止的，理當(dāng)受力平衡。 但是地面上的向心加速度比同步衛(wèi)星的向心加速度小得多。根據(jù)慣性力的定義，求同步衛(wèi)星所受的慣性力必須代入作為參照系的地面的向心加速度。這樣計(jì)算出的同步衛(wèi)星受的慣性力就比地球?qū)ν叫l(wèi)星的萬(wàn)有引力小得多，兩個(gè)力不能抵消，同步衛(wèi)星的受力并沒(méi)有平衡。這就與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符了。

例2、把同步衛(wèi)星移離軌道，放到比同步衛(wèi)星低一些的鐵塔頂上。同步衛(wèi)星不再是衛(wèi)星了，必須被塔頂支撐，它相對(duì)于地面靜止。根據(jù)例1中相同的道理，計(jì)算出的同步衛(wèi)星所受慣性力與鐵塔的支持力，這兩個(gè)向上的力合起來(lái)小于向下的地球的萬(wàn)有引力，三力的合力不為零，物體怎么會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)呢。這與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符。同樣的道理，把同步衛(wèi)星向下移到地面附近以上的鐵塔的任意位置上，同步衛(wèi)星都會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)，然而受力并不平衡，都與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符。但是以鐵塔對(duì)同步衛(wèi)星的支撐點(diǎn)為非慣性系，在靜力學(xué)的范疇內(nèi)研究重力，就會(huì)符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律。因?yàn)槲矬w靜止時(shí)，方向向上的鐵塔的支持力和方向向上的慣性力的合力，抵消了方向向下的地球的萬(wàn)有引力，受力是平衡的。

既然以地面為非慣性系，研究地面附近以外的空間中與重力有關(guān)的力學(xué)問(wèn)題時(shí)，都與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符，就不能以地面為非慣性系研究與重力有關(guān)的拋體運(yùn)動(dòng)，那么在這種空間里重力加速度還有存在的意義嗎？即使在地面附近也是用近似方法研究拋體運(yùn)動(dòng)，而理論上不可以。

從理論上講，重力沒(méi)有產(chǎn)生加速度的機(jī)會(huì)，這是因?yàn)椋孩傥矬w靜止時(shí)重力無(wú)法施展產(chǎn)生加速度的能力。②做拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)物體不再因支持物的約束而隨地球自轉(zhuǎn)，重力失去存在的條件，重力加速度也不會(huì)出現(xiàn)。（這些將在后面詳細(xì)說(shuō)明）

所以從理論上講，以地面為非慣性系研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，會(huì)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律發(fā)生矛盾。因此在這種情況下重力加速度就沒(méi)有存在的必要了。但是，總還是要研究這個(gè)空間中的物體和宇宙中的天體的運(yùn)動(dòng)，這就只能在地球以外的慣性系下來(lái)研究。這樣物體的加速度就只能是萬(wàn)有引力加速度了，重力加速度失去存在的意義了。

重力定義是在重力與支持力平衡的前提下建立起來(lái)的。沒(méi)有支持力，重力就消失了。例如空殼拋體、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的航天器、人造衛(wèi)星等，在其內(nèi)部的物體沒(méi)有辦法得到支持力，重力也沒(méi)有辦法出現(xiàn)，物體處在完全失重狀態(tài)。要重視的是，重力雖然消失，萬(wàn)有引力依然存在。

在地面附近對(duì)拋體做近似研究時(shí)，重力還在那里產(chǎn)生著“重力加速度”，這如何解釋？實(shí)際上，在這種近似的研究中，重力已經(jīng)被近似成萬(wàn)有引力，重力加速度已經(jīng)被近似成萬(wàn)有引力加速度。因此在這里本不該再提重力和重力加速度。更主要的解釋在下面。

有一種重要關(guān)系存在著，就是，萬(wàn)有引力或慣性力因其作用效果是使物體獲得重量，因而對(duì)它們的共同作用換一種稱呼，叫重力。這就是萬(wàn)有引力或慣性力與重力的關(guān)系，即原名與效果名的關(guān)系。重力本來(lái)是效果力。既然是效果力，效果消失了，效果力也就消失了（重力消失了，萬(wàn)有引力沒(méi)有消失）?？聪旅娴睦?。

在慣性參照系下，失去支持力的物體，要做加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)只受萬(wàn)有引力的作用，而萬(wàn)有引力使物體獲得重量的作用效果在物體上完全體現(xiàn)不出來(lái)了。萬(wàn)有引力的作用效果不再是使物體獲得重量，而是產(chǎn)生萬(wàn)有引力加速度，物體出現(xiàn)完全失重狀態(tài)，此時(shí)萬(wàn)有引力的效果名不再是重力。

撤掉支持力后固態(tài)物體的失重，不好被人感知到。但是人失去支持力后，可以感知身體各部分重力的消失，身體各部分輕飄飄的，舉手投足毫不費(fèi)力。人體各細(xì)胞之間原來(lái)存在的壓力和支持力都消失了，因此身上有酥麻的感覺(jué)。

失去支持力的液滴下落時(shí)呈正球形，也能證明液滴發(fā)生了失重現(xiàn)象。

物體一旦失去支持力，同時(shí)也就失去了重力，出現(xiàn)完全失重現(xiàn)象。此時(shí)不但物體與支撐物之間的壓力和支力消失了，而且物體內(nèi)所有各質(zhì)元之間的壓力和支力都消失了。

一個(gè)是解釋衛(wèi)星失重的觀點(diǎn)：人造衛(wèi)星的向心加速度，“它的大小等于衛(wèi)星所在高度處重力加速度的大小。這跟在以重力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似”。 ^[1] 

必須分析下面的問(wèn)題：

不考慮地球的公轉(zhuǎn)和地球以外的其他星球的影響，在地球以外的某慣性系下進(jìn)行研究。這就既能觀察到地球的自轉(zhuǎn)，更能觀察到衛(wèi)星的正確運(yùn)行軌道。在這個(gè)慣性系下，重力原定義認(rèn)為，地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力可以分解為隨地球自轉(zhuǎn)的向心力和重力這兩個(gè)力。用這樣的思維方法進(jìn)行下面的分析。（地球的萬(wàn)有引力簡(jiǎn)稱地球引力）

設(shè)想赤道上有一個(gè)與同步衛(wèi)星等高的支架。第一步把一個(gè)物體放到支架底部。在支架的約束下，物體隨地球自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。物體所受地球引力被分解為一個(gè)很小的向心力和一個(gè)比地球引力小不多的重力。接下來(lái)，把重物從底部逐步向上移動(dòng)，先后放到支架的不同高度的位置上。在這個(gè)過(guò)程中，地球引力越來(lái)越小，分解出來(lái)的向心力越來(lái)越大，且逐漸逼近地球引力。分解出來(lái)的重力越來(lái)越小，且逐漸趨向零。最后一步，把物體移到支架的頂部。這時(shí)向心力就等于地球引力了，而重力就小到零了，物體成了一顆新的同步衛(wèi)星了。它的向心力決然不等于重力，那么向心加速度能等于重力加速度嗎？顯然不能。實(shí)際上任何一顆衛(wèi)星受的地球引力的作用效果只有一個(gè)，產(chǎn)生加速度。即全部用來(lái)提供向心力，沒(méi)有留下一點(diǎn)使物體獲得重量的作用效果。作用效果沒(méi)有了，重力就是零了，重力加速度也是零了。正確地說(shuō)應(yīng)該是：“完全失重的原因是：衛(wèi)星的向心加速度的大小等于衛(wèi)星所在高度處的萬(wàn)有引力加速度的大小。

在解釋衛(wèi)星失重的觀點(diǎn)中，生硬地把自由落體中的規(guī)律用到衛(wèi)星上，說(shuō)“這跟在以重力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似” ，有似是而非的感覺(jué)。如果忽略地球自轉(zhuǎn)，萬(wàn)有引力就是重力，這種近似研究就可以說(shuō)成：“這跟在以萬(wàn)有引力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似”就正確了。

觀點(diǎn)中有“衛(wèi)星高度處”這詞語(yǔ)，說(shuō)明觀點(diǎn)本意是以地面為高度起點(diǎn)，并以地面為參照系，這就出現(xiàn)問(wèn)題：一是在非近似研究（理論研究）中，以地面為非慣性系時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立，不能研究衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。二是衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題不屬于近似研究的范圍，也不能以地面為慣性系。所以“衛(wèi)星高度處”的提法放哪兒都不適宜。必須在地球外某慣性系下才能正確地研究衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，在此慣性系下衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)規(guī)律與地球的自轉(zhuǎn)沒(méi)有任何關(guān)系?？墒侵亓@個(gè)虛擬力卻是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)才能“存在”的，那么衛(wèi)星失重的問(wèn)題就與重力加速度掛不上鉤了。

用重力的新定義研究，衛(wèi)星受地球的萬(wàn)有引力和與之對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消，衛(wèi)星受的重力為零，但是衛(wèi)星受的向心力不為零?；蛘f(shuō)重力加速度為零而向心加速度不為零，二者不可能相等。

對(duì)于正常運(yùn)行的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星內(nèi)的物體得不到支持力，物體的重力就不可能存在，重力加速度也不存在了，但是向心加速度依然存在。從這方面看，向心加速度也不能等于衛(wèi)星高度處的重力加速度。

實(shí)際上求衛(wèi)星及其內(nèi)部物體的重力時(shí)，是在一個(gè)非慣性系下進(jìn)行的，而求它們的向心力時(shí)是在另一個(gè)慣性系下進(jìn)行的， 本來(lái)兩個(gè)參照系下，運(yùn)動(dòng)學(xué)的量就不該對(duì)比。

再一個(gè)問(wèn)題是解釋宇宙飛船失重的觀點(diǎn)：在地面附近圓周軌道上運(yùn)行的宇宙飛船，設(shè)它的線速度為υ “它的軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員受到的地球引力近似等于他在地面測(cè)得的體重mg …… 還可能受到飛船座艙對(duì)他的支持力F_N。引力與支持力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力”。通過(guò)分析，列方程式并解出，“當(dāng) 時(shí)座艙對(duì)航天員的支持力F_N=0，航天員處于失重狀態(tài)”。 ^[3] 

需要思考下面的問(wèn)題：

①為了得出F_N=0這個(gè)精確（理想化）的等式，衛(wèi)星軌道半徑的值卻近似地取了地球半徑的值R，地球引力值也近似地取了地面上體重的值mg。做純粹的理論推導(dǎo)的過(guò)程是不能像做近似計(jì)算那樣取許多近似值。

②在這個(gè)觀點(diǎn)中，只用在地面附近軌道上運(yùn)行的宇宙飛船說(shuō)問(wèn)題，沒(méi)有用任意軌道上的航天器說(shuō)問(wèn)題，也沒(méi)進(jìn)行拓展，所以沒(méi)有廣泛的意義。說(shuō)明不了任意軌道上的航天器都會(huì)有失重現(xiàn)象發(fā)生。

③在觀點(diǎn)中，通過(guò)近似推導(dǎo)，得出結(jié)論 “當(dāng) 時(shí)座艙對(duì)航天員的支持力F_N=0，航天員處于失重狀態(tài)”。這里的“當(dāng)”基本上是“條件”的意思?？墒?，只要是在地面附近的軌道上正常運(yùn)行的航天器，失重現(xiàn)象就會(huì)無(wú)條件地發(fā)生！

④當(dāng)?shù)仁?div id="v8zky8r" class="layoutinline formula" style="width:61px;display: inline;">