力和拉力的效应,致使水和人分别相对于铁罐和电梯向下“加速”

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 在飞机处于抛物线飞行上升段时,制动控制系统自动解除制动,座舱向后向下向上呈弧形滑动,促使座舱平面恢复水平状态。随着飞机沿抛物线轨道飞行进入了平飞段,制动控制系统再次解除制动,座舱向前向下向上划弧滑动。在这个过程中,由于座椅向前向下向上划弧滑行,使飞行员在驾驶舱内相对于飞机有了一个微小的滑行加速度,飞行员在这个微小的滑行加速度之中,因身体随着驾驶舱运动而处在一个非惯性系中。在这个非惯性系里,飞行员在平飞段处于失重状态时像是被“拉”了一把,从而打破了飞机沿抛物线轨道飞行时造成飞行员失重的状态。

  圆这种理想的对称图形显然具有上述的优良性能,但是在现实生活中,由于矩形空间的可利用率胜于圆形空间,以至目前无论是汽车的车厢、列车的车厢还是飞行器座舱,其造型设计都采用了类似于矩形的模式。

  其实,为了解决空间利用率的问题,我们可以把飞行器座舱设计成圆环状,这样一来,既解决了空间利用率的问题,又能使座舱更有效地克服失重的效应。从飞碟的造型看来,在我们想象中,飞碟的座舱极有可能就是圆环状的。

  在微重力环境中飞行,圆环状座舱所具有的抗失重的作用比球状座舱更加有效。这是因为,圆环状座舱在旋转运行时所产生的惯性离心力,其效应在某种程度上可以类似于他们所受到的重力。

  然而,圆环状座舱的圆周运动会不会影响宇航员的操纵效率呢?回答是,这种影响应该是极其微弱的。这是因为,宇航员与座舱的操纵台是一同旋转做圆周运动的,而座舱的旋转速度又不会很大,其惯性离心力不足以影响宇航员的正常操纵效率。

  假设圆环状座舱距环心的半径R=1米,它若要产生与地面重力等效的惯性离心力,根据公式mg=mω

  由此可见,圆环状座舱的圆周运动速率一般都不会很大,它给宇航员带来的生理反应是轻微的。圆环状座舱机动的旋转运行不仅能表现出抗失重的效应,而且在飞行器目前可达到的和可望达到的高速飞行中还具有一定的抗超重的效应。这是因为圆环状座舱的机动性所带来的结果,能够使圆环状座舱作为相对于飞行器的一个非惯性系。在这样一个有限空间的非惯性系里,宇航员处于圆环状座舱的惯性力场中,座舱内的宇航员和其他物体(但不包括座舱本身)的运动状态不再直接受到飞行器飞行状态的支配,而是更直接地取决于他们所在的参照系,即圆环状座舱的运动状态。

  由等效原理得知,在局部空间中所引入的非惯性系里,惯性力场与一个真实(永久)引力场一样,可以抵消反方向的一个永久引力场。此外,加速度与重力之间又具有等效性。在前面讲过的例子中,水在铁罐自由落下时从洞中射出,人在失重的电梯里仍然使体重计显示出读数不为零的体重,其原因就是因为水和人分别受到了压力器和拉力器的作用,因而,水和人分别获得了一个类似于向下加速度的力。

  这时,压力和拉力的效应,致使水和人分别相对于铁罐和电梯向下“加速”,从而表现出重量。

  从以上的讨论中,我们大致了解到了同心圆结构的座舱所具有的效应,不仅如此,对于飞碟和某些造型的飞行器来说,同心圆结构的座舱还能够使飞碟在太空飞行中实现快速转向的目的。

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