太空质量测量方法举隅-论文.pdf

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1、2014年第5期物理通报知识介绍太空质量测量方法举隅知n口识李红伟(江西省全南中学江西赣卅l341800)(收稿日期：2013一O9—16)摘要：在太空飞行中，航天员的身体质量是监测的一项重要指标，本文举出了太空测量物体质量的几种方法分关雹疆键词：太空质量测量在太空飞行中，由于长时间需要对航天员的生1利用振动方法测物体质量理状态进行全面的监控，身体质量是航天员周期性医学检查的重要内容，是监测航天员身体健康状况该方法所利用的仪器相当于弹簧振子装置．如图1所示是仪器原理图．的一项重要指标，是医学监督、保障的重要手段，因此身体质量的

2、测量是载人航天工程长期不可缺少的技术．多种空间实验的正确进行与结论得出均需建立在精确测定实验样品质量的基础上，而实验前、后图1利用振动方法测物体的质量分别进行地面测量的方式却显现出极大的不足，在图1中P是两边带有挡板的光滑木板，是轻轨精确测定微小质量是更好开展空间实验的要求．质弹簧，A是标准质量为M的带有夹子的金属块，Q在地面上，人们一般用天平、杆秤、电子秤、台秤是待测质量的物体．该装置的弹簧振子做简谐运动，等测量物体的质量．天平是等臂杠杆，当天平平衡时其周期公式为有m物g—m码g，因同一地点g相同，故有m物=：=码，T=2在

3、不同地点由于g值不同，因而砝码的重力是不同其中是m振子的质量，，c是弹簧系统的等效劲度系的，但砝码的质量值是不变的；杆秤是不等臂杠杆，数．当只有A物体做简谐运动时，测得其周期为T；其原理与天平相同，称出来的也是质量值；电子秤是将待测物体Q固定在A上，使其做简谐运动，测得其测力工具，是将压力转化为电学量(电压、电流、频周期为T，有率)，通过数码管显示出数量，通过刻度变换，转换成质量值；台秤也是测力工具，是根据内部弹性材料受T===2丌√到压力形变而带动指针指出数量，通过刻度变换，转Tz．2√换成质量值．上面这些仪器测量物体质量方

4、法都利整理得待测物体Q的质量为用了物体的重力来进行测量，在太空中，重力作用几乎为零，这些仪器也就无法称量了．在太空中如何测m2一(LT』；i一T』；i)．·量物体质量呢?这种方法测质量开展的研究最早，也得到了最在太空中质量测量方法的基本思路是：使被测多的实际应用，俄罗斯的质量测量设备，美国的小质物体运动，通过测量与物体质量相关的物理量，如振量测量设备都利用了振动方法原理，但人体质量测动频率、加速度、动量等，然后计算出物体质量．下面量一般不用这种方法，因为振动过程可能会给航天笔者归纳几种太空测量质量的方法．员带来不适．一]26—

5、2014年第5期物理通报知识介绍2利用圆周运动方法测物体质量4利用动量定理测物体质量如图2所示是一种利用圆周运动方法测量质量该方法应用动量定理，即物体动量改变量等于的仪器原理图，容器与封装其中的待测质量共同固外力与时间的乘积．如图4所示是一种利用动量定定在旋臂的末端，并在电动机的驱动下做圆周运理测量质量的仪器原理图，将待测质量m固结在滑动，力传感器可测出容器及待测质量做圆周运动所块M上与力传感器发生碰撞，光学干涉仪测量出碰受的向心力F；根据做圆周运动物体所受向心力式撞前后运动部分的速度和。，力传感器测量出碰与其质量的关系F—m

6、cur，其中r为旋转中心到等撞过程中的撞击力F，同时利用计时仪器测出力的效质量m质心的距离，叫为旋转角速度．实验时只要作用时间t．根据动量定理得测出r和∞，即可推算出待测质量的大小为Ft一(M+)(1一2)Fm一即可求得待测质量旦一M』W一1一0器图2利用圆周运动的方法测物体的质量原理图图4利用动量定理测物体的质量原理图3利用加速直线运动方法测物体质量5利用动量守恒定律测物体质量该方法是使物体做加速直线运动，根据牛顿第该方法应用的原理是动量守恒定律，即没有外二运动定律F=：：ma，在测量出力F和加速度a的情力作用的情况下，动量

7、为零的系统的动量始终为零．况下，即可算出质量一．2013年6月20日，我国航天员在太空中演示了测量人体质量实验，如图3所示，聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉开支架，一放手，支架便在弹簧的作用下回复原位，测出聂海胜的质量是74图5利用动量守恒定律测物体的质量原理图kg．王亚平解释道，天宫中的质量测量仪，应用的物如图5所示为仪器原理图，将待测质量m与参理学原理是牛顿第二运动定律：F===ma，质量测量考质量M之间以弹簧连接，用夹子固定．当弹簧在仪上的弹簧能够产生一个恒定的力F，同时用光栅计时器的控制下释放时，待测质量与参考

8、质量将向测速装置测量出支架复位的速度和时间t，计算出加相反方向运动，且动量大小相等．利用光学干涉仪测出待测质量的速度与参考质量的速度和。，根据速度fn一÷)，就能够计算出人体的质量(m一÷)．、，，、¨，两者的动量守恒关系即可求得待测质量为My0=一参考文献l杜占英．测量物体