人工重力很难吗?理论上并不难,实现起来却很难

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人工重力很难吗?理论上并不难,实现起来却很难

2024-07-11 19:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

(↑科幻电影中的场景)

从理论上来讲,实现人工重力并不难,然而我们想要在太空中真正的实现起来却很难,为什么呢?我们接着看。

一个处于旋转系统中的物体所受到的“离心力”(F),可用一个简单的公式“F = mrω^2”,其中m、r、ω分别代表物体的质量,旋转半径以及角速度,可以看到,在其他条件相同的情况下,“离心力”的大小与旋转半径成正比。

所以如果旋转半径太小,那对于处于空间站内部的人来讲,当空间站旋转起来的时候,其头部和脚所受到的人工重力就会存在明显的差异(假设这个人站在空间站外壁的内侧),他也会因此感到非常不适。

另一方面来讲,角速度也不能太快,因为在一个旋转系统中运动的物体,会受到“科里奥利力”的影响。

简单来讲,在旋转参考系中运动的物体,会因为惯性具有沿着其运动方向直线运动的趋势,但由于参考系本身在旋转,因此从旋转参考系的视角观察,物体运动的路径会偏离原本的直线轨迹,进而表现出一种偏转的运动趋势,就像是受到了一种“力”的作用,这种“力”就被称为“科里奥利力”。

可以看到,“科里奥利力”其实也是一种虚拟力,其本质同样也是物体惯性的一种体现。由于这种力的大小则与角速度成正比,因此如果角速度太快,人类就会因为受到的“科里奥利力”太大而感到非常不适。

综上所述可知,空间站需要一个合理的旋转半径和角速度,才能实现适合人类的人工重力,具体是多少呢?在过去的研究中,科学家已经给出了参考答案,即:在空间站的旋转半径为224米、并且每分钟旋转两次的情况下,就可以实现与地球表面基本相等的人工重力,并且其中的人类也不会感到任何不适。

显而易见的是,以人类目前的能力,根本就无法在太空中建造规模如此庞大的空间站。可能有人会说了,我们可以建造一个相对较小的空间站,进而模拟一定比例的地表重力,这样不就可以了吗?然而实际情况却是,即使是模拟4分之1的地表重力,空间站的直径也会高达112米,这其实也很难实现。

(↑想象图)

除此之外,建造巨型旋转空间站,还需要解决一系列的技术难题,例如结构设计、材料强度和持久性、旋转姿态的控制、日常维护等等,而解决每一个难题都需要投入大量的人力和物力,这同样也不现实。

总而言之,虽然人工重力在理论上并不难,就由于种种因素的限制,我们目前想要在太空中真正的实现人工重力却很难。当然了,这种情况应该只是暂时的,我们可以乐观地认为,随着人类科技的不断进步,目前的这些限制都将逐渐被突破,或许在不远的未来,人工重力就将成为空间站、甚至是宇宙飞船的标准配置。返回搜狐,查看更多



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