超重和失重的区别在哪里？

在大型游乐场中，最受人欢迎的刺激游乐项目有超级秋千、云霄飞车和勇敢者转盘等。玩过一回的人，都会体验到那种难得的刺激:飞车翻腾，忽上忽下，时而感到压迫难忍，身躯好像要被挤扁似的;时而虚飘飘无依无托，仿佛正坠入万丈深渊。这让人心惊肉跳、失魂落魄的一分多钟时间，说得好听点是“花钱买感受”，说得难听点是“花钱买罪受”。

上面说的那种不寻常的感受，涉及超重和失重问题，这些现象归根结底是重力场或者说引力场里的现象。引力场是一种被赋予了物理属性的空间场地，它能吸引处于这种场地里的任何一个物体。引力场的基本特性是:所有处于场中的物体，不论它们的质量多大、带不带电荷，只要初始条件相同，它们就能在引力场中都以相同的方式运动。引力场理论与牛顿万有引力定律的原始表述根本区别在于，引力场理论消除了引力作用的瞬时性质和超距性质，而把物体之间的引力作用看成是由引力场这种媒介物质来传递的。

什么是超重现象和失重现象呢?举例来说，假如我们一边乘电梯上楼，一边在里面用体重计称体重。此时人会受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力。根据电梯运行的速度变化，体重计上显示的重量，即视重，是不一样的。假如电梯匀速上升，体重计上的视重就是人的实际重量即实重;假如电梯加速上升，体重计上的视重就会超过人的实际重量，这就是超重现象;假如电梯减速上升，体重计上的视重就会少于人的实际重量，这就是失重现象。类似的，假如电梯匀速下降、加速下降和减速下降，那么相应地人会处于实重、失重和超重3种状态。

一般来说，超重和失重，就是物体在竖直方向做加速和减速运动时，对支持物的压力或者对悬挂物的拉力不等于所受重力的现象。当加速度的方向向上时，即加速上升或减速下降时，容易出现超重现象;当加速度的方向向下时，即减速上升或加速下降时，容易出现失重现象。

我们向天上抛一块小石头，当小石头下落时，可以把小石头看作是自由落体，它的加速度大约是10米/秒，或者说每秒速率的改变为10，这就是重力加速度(常用g表示)，方向竖直向下。假如我们乘坐在一台以重力加速度的量值下降的电梯里称体重，此时体重计上的视重就是零，这时候的我们就处于完全失重状态。这只是打比方，实际上，任何一台电梯都不可能变成自由落体。不过，像玩蹦极游戏那样，用一根牢固而有弹性的绳子拴住人的脚或腰，然后从几十米的高空像自由落体似的往下跳，想必就能尝到完全失重的滋味。

超重和失重现象，在航空航天领域更是普遍存在。火箭在升空时，加速度可以达到重力加速度的10倍，即10g，导弹则可以达到30g。为了预防超重现象引起的损害，必须事先加固航天器的各部分器件。对于人来讲，一般人对超重的承受力为3.8g，飞行员由于经过训练，可以承受4.6g。处于超重状态的情况下，人的心脏所受的压力也会相应增大，心脏中的血液也处于超重状态，为了维持正常的血液循环，心脏的负担也就比平时要大得多。原本心脏就不太好的人，最好不要冒这种险。此外，人在超重状态下还会受到神经、代谢、内分泌活动紊乱的“超重生理反应”的困扰，严重的会因脑缺氧而导致记忆力丧失。

航天飞机在环绕地球的轨道上运行时，由于重力加速度会部分或全部地用来提供向心加速度，因而会使航天飞机处于失重或完全失重状态。这使得飞船里面的太空人的生活状态异乎寻常:他们不会发出打鼾的声音，因为失重，喉咙中的小舌头就不会下垂，也就不会因呼吸而引起振动发出鼾声。汤匙中的汤水不是想作的那样飘浮在空中，而是由于汤水的表面张力而附着在汤匙上。人出汗时，汗珠不会一滴滴地往下落，而只会汇聚在一起，融成一大团。

失重无疑会给宇航员们增加很多麻烦。稍为蓬松些的衣服就会膨胀起来，宇航员必须穿紧身衣才行;食物要装进牙膏式的管子，然后挤进嘴里;喝水要用有密封盖子的特殊吸管;睡觉要钻进特制的睡盒内，并用绳带锁定;行走要穿带有钩子的鞋，以便钩住网状的地面;洗头和洗澡显然更加麻烦，于是成了非常难得的享受。长期生活在重力场中的人，一旦失去重力作用时，体液的流动会受到失重的影响，血液循环、心脏系统、泌尿系统都会出现不正常的变化。在太空中生活时间过长的人，还会出现骨质疏松、肌肉萎缩无力、红血球减少等症状，会严重影响身体的健康。

在人类还没有进行航天飞行之前，爱因斯坦提出过这样一个问题:“在失重的条件下，能点燃蜡烛吗?”他自己回答说不能。他的理由是，处于失重状态下的空气不再受到重力，蜡烛燃烧时，热空气不再上升，冷空气也不再下降，于是蜡烛被燃烧过的热空气所包围，烛芯就得不到氧气的补充，因而很快就会熄灭。人们为了检验爱因斯坦的推测，做了不少实验。例如，在一只氧气供应充足的密封容器中放入点燃的蜡烛，并让这个容器从70米高的地方自由下落，以此造成一个失重的环境。结果呢?蜡烛并没有熄灭，只是烛焰比平时暗淡一些，并且烛焰的形状是个球形的。为什么爱因斯坦会犯错呢?原来，他忽略了空气热运动的存在。即使没有对流，含有氧气的新鲜空气仍然可以通过扩散到达烛芯，维持蜡烛的燃烧。只是烛焰因为没有冷、热空气的对流而暗淡一些。同时，由于失重，空间的各个方向是各向同性的，因而烛焰是球形的。宇宙飞船上天之后，苏联的科学家在“联盟8号”飞船上顺利地进行了焊接工作，证明了在失重条件下，的确能够维持燃烧。大科学家爱因斯坦居然也有错的时候，这就应了我们中国的一句老话:“智者千虑，必有一失。”