[发明专利]地面失重车和地面失重室

说明书

本专利属于地面微重力技术。

传统观念认为失重现象一是出现在人造地球卫星或飞船等上，一是出现在升降机等减速上升或加速下降的很短时间里内的物体对升降机等的支持面作用上，而有使用价值的失重现象仅限于人造地球卫星或飞船里；总觉得地面上不可能产生失重现象，因此说应用地面上的失重现象也就是无稽之谈。

人造卫星或飞船上存在着微重力现象，人们利用它来做许多生物、医学、物理、化学等实验，产生了或正在产生着始料不及的巨大的经济效益和社会效益；专家们也设想着有朝一日能把心脏病等患者送到人造地球卫星或飞船上去，由于消除了血液和机体加给心脏的沉重负荷，因而就使心脏病者等在极其轻松的环境中不治自愈，使体弱年迈者的心脏等得以休养生息而恢复健康或返老还童；但是天文数字的代价和谁也难以准确预料的风险不能不让人们望而怯步，就是搞实验也只能局限在极其狭小的范围内……如果我们在地面上获得了有使用价值的失重环境，且利用它来做种种微重力实验，让心脏病等患者不治自愈，让体弱年迈者获得了健康，其代价就会从天上掉到地上，不要说一般单位、一般人家乘的起，还可以建得起、买得起。而且象上下电梯一样安全方便，失重程度也可随意选择。

1、原理

我们知道，火车在转变处的铁轨与水平面总有一定的倾角，即外轨高于内轨，这样铁轨对火车的支持力N，其方向不再是竖直的，而是倾向弯道的内侧，它与重力G的合力F_向指向圆心，成为使火车转弯时的力即向心力。这个向心力实际上也是重力沿斜面方向的分力(见图一)。这个使火车转弯的力显然不是我们通常意义上的动力提供的，而是大自然对我们的无偿恩赐。假使我们把火车转弯现象推而广之，建造一个外高内低的圆形铁路，使火车始终处于“转弯”状态中，即让火车做匀速圆周运动，那么火车就会象以某一宇宙速度进入轨道的卫星一样，一旦以某以适当的速度进入圆形铁路，火车自己就会自动地周而复始地做匀速圆周运动。但空气阻力和机械摩擦力却是免不了的，它必然要消耗火车的一部分能量，从而使火车的能量逐渐减小；这就得用电力或内燃机给火车补充所消耗的能量，以维持原速运行。补充的多少，当然由圆形铁路的铁轨与水平面的倾角大小、火车质量大小、圆形铁路的半径大小，以及由三者决定的速度大小等因素来决定(见表)。

从表上的数据可以看出，圆形铁路由0°—接近90°的不同倾角，其支持力与重力的比值由1逐渐减小为趋于零；也就是说，火车对铁轨的压力由等于火车的重力逐渐减小为趋于零；这就是说，火车在与铁轨轨面垂直的方向上的重力分量是随着铁轨倾角由0°逐渐增大至趋于90°的过程而由最大逐渐减小为趋于零，或者说火车存这个方向上发生了由不失重到部分失重再到趋于完全失重的变化。

而在向心力方向或斜面方向上，重力的分量正好是向心力。在速度满足公式F_向＝mgsinθ＝mv²/R的前提下，由于向心力正好等于mv²/R或等于离心力，所以在此方向上重力的分量已被抵消，即无所谓重力分量了；这就是说，做圆周运动的火车在路面方向上，不管倾角θ大小，它总是处于完全失重状态。火车转弯时，只要火车速度符合需要，铁路的内外铁轨跟火车的内外轮缘就不互相挤压，其实就是在向心力方向或斜面方向上火车不受重力分量作用或好像无重力分量了的表现，也就是失重的表现。这种失重与人造地球卫星或宇宙飞船上的失重实质上完全一样。