失重和超重

桂涛++++陈雪峰

还记得“神十”航天员王亚平在2013年6月20日的太空授课吗？那些在地球上根本不可能出现的场景在太空中是不是有神奇的呈现！如图1就是王亚平和航天员们在“神十”机舱里的情形：人像气球一样悬浮于机舱中的任意位置.这种情况就叫失重.

什么是失重和超重

什么是失重呢？在这里我们有必要对重力进行一下回顾：由于地球的吸引而使物体受到的力，叫作重力，这个重力的大小在数值上的表现就是物体相对地球处于静止状态时弹簧测力计的示数，这个数值也可以称作视重（如图2）.也就是测量仪器测得的数据.

失重其实就是物体受到的拉力或支持力小于自身所受重力的现象，也就是视重小于实际所受重力，与之相反的超重则是物体受到的拉力或支持力大于自身所受重力的现象，也就是视重大于实际所受重力，

因此，当我们受到的支持力小于自身所受的重力时，我们就处于失重的情况，当我们受到的支持力大于自身所受的重力时.我们就处于超重的情况.

值得注意的是，无论物体处于超重还是失重状态，地球作用于物体的重力始终存在，大小也没有发生变化.只是物体对支持物的压力f或对悬挂物的拉力1发生了变化，看起来好像物体所受的重力有所增大或减小.

失重和超重现象

失重和超重现象在航空航天中是最寻常的事情.在发射航天器时，所有航天器及其中的航天员在刚开始加速上升的阶段都处于超重状态，他们对其下方物体的压力（或下方物体对其的支持力）是其自身所受重力的几倍：而当航天器进入轨道后.其中的人和物体又处于失重状态.此时他们对其下方物体将没有压力，所以当航天器在太空中飞行时.航天器中的物体就可以处于一种飘浮状态.

说到这里.你可能觉得失重和超重只是在航天的高科技中才会有，似乎离我们很远，那你就错了，失重和超重现象在生活中都非常常见.在乘坐电梯上升或下降时，你有没有跟静止在地面上时不一样的感觉？当电梯突然上升时（上升的瞬间）.我们就处于超重的状态，这时电梯对我们的支持力就大于我们自身受到的重力.这时我们会觉得从脚底下传来一股强大的力向上推我们，当电梯加速上升或减速下降时.我们也处于超重的状态.如果电梯突然下降时（下降的瞬间），我们就处于失重的状态，这时电梯对我们的支持力就小于我们自身受到的重力，我们会有身体猛地一轻，像要飘起来的感觉.当电梯加速下降或减速上升时，我们也处于失重的状态.

只要物体相对于地球向上做加速运动（速度越来越快）或向下做减速运动（速度越来越慢）时，就会出现超重现象：物体向下做加速运动或向上做减速运动时，就会出现失重现象.所以生活中坐过山车（如图3），玩蹦极（如图4），乘坐汽车通过凹形路面时.都会有超重、失重的情况发生.

验证失重和超重

体检时，你是否注意过，我们站在磅秤上只有静止不动时，磅秤的示数才是稳定的，否则示数就会不断地发生变化.我们可以利用磅秤来体验一下失重和超重：站在磅秤上静止时，观察一下磅秤的示数.这是我们的视重；然后在磅秤上做快速下蹲和快速起立的动作，观察在这两个过程中磅秤的示数变化情况.

通过实验我们会发现：当我们快速下蹲时.磅秤上的读数会先减小后增大，这是因为人体重心先加速向下后减速，故是先失重后超重：快速起立时磅秤读数先增大后减小，这是因为人体重心先加速向上.后减速，故是先超重后失重，

在磅秤上，不管是静止、起立，还是下蹲，我们所受的重力并没有发生变化，改变的是我们对支持物的压力（或支撑物对我们的支持力）.因此，比较物体受到向上的支持力（或拉力）与其所受重力的大小关系，也能帮助我们判断物体是否处于失重或超重的状态.超重时物体受到的向上的力大于自身所受的重力，失重时物体受到向上的力小于自身所受的重力.

这里需要对航天员在太空中处于失重状态作一个说明：太空中失重，并不是他们不受地球引力，虽然他们距地球很远，相比我们所受到的地球引力要小很多，但万有引力依然存在.只不过是航天员随着宇宙飞船绕地球做圆周运动，因为做圆周运动的物体都需要向心力，所以航天员所受到的地球引力都被用来提供绕地球运动的向心力了，此时不用再给宇宙飞船提供额外的支持力，也能确保宇宙飞船不会从太空掉下来.此时他们所受的向上的支持力为零，这属于完全失重，这个知识高中我们学过牛顿第二定律后就很容易明白了.endprint