1、如何制造人工重力?其实制造人工重力的方法早就有了,早在100多年前,被人们誉为航天之父的齐奥尔科夫斯基就提出,我们可以利用物体旋转所产生的“离心力”来模拟重力。需要注意的是,“离心力”为了方便描述非惯性参考系而引入的一种虚拟力,其本质是物体惯性的体现。
2、理论如上图所示,当我们用绳子牵引着一个水桶围绕着自己以一定的速度旋转时,水桶里的水是不会洒出来的,而之所以会出现这样的现象,就是因为水桶里的水受到了“离心力”的作用。同样的道理,如果我们把太空中的空间站做成环形,并让它旋转起来,那么身处其中的人类也会感受到“离心力”将自己“推”向空间站的外壁,而人类通常都是将自己当作参考系(即默认自己是静止的),在这种情况下,人类就可以稳稳地站在空间站的外壁上,就像感受到重力一样。从理论上来讲,用“离心力”来模拟重力是完全行得通的,在一些科幻作品中也出现过这种空间站。然而在现实世界中,尽管人类也拥有空间站,却都没有采用这种设计,这是什么原因呢?
3、为什么空间站没有使用人皤材装肢工重力?空间站想要通过旋转在太空中完美地模拟地球表面的重力(即标准重力),就必须使“离心力”与之相等,重力可用公式F=mg来描述,“离心力”可用公式F租涫疼迟=mrω^2来描述,其中m代表物体的质量,g代表地球表面的重力加速度(9.8m/s^2),r代表旋转半径,ω代表角速度。角速度又可用公式ω=2π/t来描述,其中t代表旋转系统转一圈所需要的时间(单位为秒),经过简单地推导,我们可以得出这样一个公式:根号下(9.8/r)=2π/t,这可以帮助我们描述当空间站产生的人工重力与地球表面重力相等时,其旋转半径与旋转速度之间的关系。例如当r等于10米的时候,t就等于6.35秒,也就是说,我们只需要建造一个旋转半径为10米的空间站,并让它每6.35秒旋转一圈,就可以产生标准重力的效果。但真有这么简单吗?答案是否定的。首先就是人工重力的梯度问题,由于“离心力”的大小与旋转半径是正比例关系,而人类是有身高的,因此旋转半径越小,人类的头部和脚所受到的人工重力的差距就会越明显。除此之外,“科里奥利力”对人类的影响也不可小觑。