作者：蒲席萌
摘 要：超重失重是物理学中两种非平衡状态，生活中、航天中都有很多超失重现象。其实我们仔细分析这些现象，所蕴含的原理是很简单的，归根结底就是力与运动的关系。
关键词：超，失重，加速度，力
正文
当我们乘坐在快速上升的电梯里时，我们会觉得身子有点沉，当宇航员在太空中把食物抛起来，食物会四处飘荡，而不是下落。这是为什么呢？你是否看过高空双人跳伞？那优美的动作，是否体验过高空蹦极带来的刺激与快感？这里面都有超失重现象。让我们来分析其中的原理,体会超重失重带来的乐趣吧！
超重是物体所受限制力，是物体对支持物的压力（或对悬绳的拉力）大于物体所受重力的现象。当物体向上做加速运动或向下做减速运动时，物体均处于超重状态。即不管物体如何运动，只要有向上的加速度，物体就处于超重状态。相反，失重就是物体对支持物的压力（或对悬绳的拉力）小于物体所受重力的现象。当物体向下做加速运动或向上做减速运动时，即具有向下的加速度，物体就处于失重状态；其中，当物体加速度等于重力加速度时，物体就处于完全失重的状态。
举个最常见，我们经历得最多的超失重现象的例子就是坐电梯了。当我们乘坐电梯快速向上运动的时候，总觉得仿佛有什么压着我们或者感觉自己“变重”了；而快速向下运动时，又感觉自己轻飘飘的，仿佛被什么抬了起来。其实，当电梯向上做加速运动时，人对电梯的压力大于人所受的重力，这就是超重现象；而快速向下运动时，人对电梯的压力小于人所受的重力，这便是失重现象。但是，这里有一个容易让人误解的地方。无论是我们感觉变沉了还是变轻了，都是人对电梯的压力或电梯对人的支持力在变化，而人自身的重力是不会变的。这里就引入了一个概念：实重与视重。简单地说，实重是物体的实际重力，它不会随物体运动状态的变化而变化，而视重是测量时所读出的力。比如，在电梯里放一台电子秤，人站在电子秤上。如果电梯是静止的，电子秤上的示数与人的体重是相等的。而当电梯在加速上升时，称上的示数就会大于人的体重。当电梯加速下降时，示数就会小于人的体重。这里的示数是可以计算的，只要知道人的质量，重力加速度和电梯的加速度，就可以运用：F＝mg±ma(只考虑a的大小）。
你一定看过某些科幻电影里宇航员遨游在太空中的情景，在飞船里，那些没被固定的东西也会四处飘荡。这虽是科幻电影中的场景，但很多符合目前发现的科学规律。因为物体在太空中不受地球的引力，都处于完全失重的状态。只是现实中的宇航员，为了适应太空环境环境，要接受漫长而艰苦的超重与失重训练。
图一 太空中的宇航员
除了太空中，在地球上也会有完全失重的现象，就是自由落体运动。比如高空双人跳伞，其中一个人趴在另一个人背上，你是否在想下面那个人为什么看起来没有什么压力，反而一脸轻松，还能完成各种动作？其实在完全失重的状态下，物体之间是没有力的，所以下面的人不会受到上面的人给他的压力。在自由落体运动中，物体的加速度都是g。，物体下落的高度h与重力加速度g和时间t有关系。物理中的公式为：h＝½gt²。所以在著名的比萨斜塔两个铁球同时落地的实验中，无论是铁球与羽毛，还是铁球与铁球都是同时落地（忽略空气的阻力）。如果将两个铁球用细绳绑在一起，两个球与绳子之间不会有力。高空蹦极分为几个过程：
1.先从很高的地方跳下来，身上绑着有弹性的绳子，此时绳子还没伸长，不受拉力，所以人和绳子做自由落体运动，以加速度g下落，处于完全失重的状态；
2.受拉力且拉力逐渐增大，但拉力人小于重力，所以产生了向下的加速度，处于失重状态；拉力大于重力，产生了向上的加速度，于是处于超重状态；
3.绳子伸到最长，达到最低点，此时处于平衡态 ，在那一瞬间静止；
4.在绳子反弹向上时，拉力变为动力，使人做加速度向上的运动，处于超重状态；
5.绳子把人又拉到最高点，此时又处于平衡态；
6.最后又做自由落体运动，加速度为g，此时又处于完全失重的状态。
再比如，将装有水的矿泉水瓶的瓶底钻眼，并使它做自由落体运动。下落过程中，水不会从孔中喷出。这是因为水和矿泉水瓶都处于完全失重的状态，所以水就对矿泉水瓶没有压力，水也就不会流出来。
图二 高空双人跳伞
图三 高空蹦极
下蹲再起来的时候也会有超失重现象。下蹲时，人的身体先加速向下，再减速下降，即先失重后超重。起来时，人的身体先加速上升，再减速上升，即先超重后失重。所以在称体重时不应该随意乱动。
图四 一次下蹲的力传感图
你有想过失重下火焰是什么样子吗？经过几次实验，我发现失重下蜡烛的火焰呈球形且是蓝色的。但由于空气的阻力干扰较大，火焰容易熄灭。
结语
我们知道，力是改变物体运动状态的原因，那么力是产生加速度的原因。所以在超失重现象中，会有对力和运动的分析，而这就会涉及到物理学中一个重要的公式：F＝ma。所以加速度就是力与运动之间的一座桥梁，联系着它们。而超失重现象，归根结底就是力与运动中的一种现象。
参考文献：
［1］百度文库
［2］教科版高一必修一物理教材
