为什么宇航员会在太空中漂浮

一个常见的想法是太空中没有重力。事实上，在国际空间站的高度，地球的引力仍约为地面数值的十分之九，重力其实一直都在。

宇航员漂浮，是因为他们处于持续的自由落体之中。空间站横向运动得极快，以至于当重力把它往下拉时，弯曲的地球表面也以同样的速率在它下方退去，于是它总是“错过”地面，改为绕圈运行。舱内的每个人和每样东西都以完全相同的速率下落，所以宇航员不会压在地板上，地板也不会向上托他们。正是这种支持力的缺失，被我们感觉为失重。

在突然下降的电梯里，你能感到一丝这种感觉：那一刻你觉得变轻了。

在 SPM 中，你应把这种表观失重解释为在轨道上的自由落体，而不是没有重力。

万有引力

背后的物理

失重并不等于没有重量。重量是重力 W = mg，而在国际空间站运行的高度，约 400 千米高处，场强 g 仍约为 8.7 N kg⁻¹，接近地面数值的十分之九，重力其实一直都在。

宇航员所感觉的“重”，其实是支持力，即地板或座椅向上推的法向反作用力。在轨道上，空间站和舱内的每个人都处于持续的自由落体，都以相同的速率 g 朝地球加速。

对一位 70 千克的宇航员应用牛顿第二定律：真实重量为 W = mg = 70 kg × 8.7 m s⁻² = 609 N，但由于宇航员与空间站一同加速，所需的支持力为 R = W − ma = 609 N − (70 kg × 8.7 m s⁻²) = 0 N。

没有支持力向上顶回，宇航员就感觉不到重量。正是这种反作用力的缺失，而不是重力的缺失，才是我们所说的失重。

在日常生活中看见它

在地球上你也能感到一丝这种感觉。走进电梯，在它开始快速下降的一瞬间，你的胃会一沉，感觉变轻。

那一刻地板正在你脚下退去，所以它向上顶你的力变小，你的表观重量就下降了。

游乐场的跳楼机把这一点推得更远：当座舱急速下坠时，乘客和他们随身的松散物件一起下落，短暂地感到失重，所以留在座位上的手机看起来像悬浮着。跳水者在入水前的短暂弧线中也有类似体验。

在每一种情形里，人都处于自由落体，以接近 g 的加速度下落，所以任何表面给的支持力都趋向于零。

轨道上的宇航员只不过永久地生活在这种状态里，因为空间站在绕行时总是“错过”地球。没有任何东西关掉了重力；宇航员和飞船只是并排地绕着行星下落，所以谁也不压着谁。

在 SPM 中如何出现

在试卷二中，这一内容常以“解释”“说明”等指令词出现，属于重力与自由落体部分。典型题目描述一位宇航员在绕行的飞船内漂浮，要你解释原因，预期你要说明重力仍在起作用，但宇航员与飞船一同处于自由落体，因此没有反作用力，于是产生表观失重。

你可能被要求比较质量与重量，说明宇航员的质量不变，而“重”的感觉消失了。题目可把它与重力场强度 g = GM/r² 联系起来，说明 g 随高度减小但不会消失，也可与卫星运动联系，其中重力提供向心力。

要能区分真实重量 W = mg 与表观重量（即支持力），并书写带单位 N kg⁻¹ 的场强。本课题与牛顿万有引力定律、卫星和逃逸速度同在重力这一章。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)