学校里做的小实验，上了太空做会有不同结果吗？

由于地面和太空的环境不同，在地面上的物体要考虑物体的重力影响，而在太空上，物体处于完全失重状态，所以很多现象变得和在地面上不同。

问题一：在太空里能通过举哑铃的方式进行体育锻炼吗？

在健身房里我们通常会通过举起一定重物来达到锻炼肌肉的目的，在举起重物的过程中，是克服了物体的重力做功，在这个过程中达到了锻炼的目的。而在太空中，物体处于完全失重状态，举起哑铃完全不费吹灰之力，所以无法达到锻炼身体的目的。同样跳绳、举重等方式都不能达到体育锻炼的效果，可以通过拉力器来锻炼。

问题二：太空里能通过体重秤称出人的体重吗？

体重秤的原理是人静止站在上面，人的重力大小等于人对体重秤的压力，体重秤将这个压力转换成对应人的质量多少的读数，而在太空里，由于人处于完全失重状态，所以人对体重秤不产生压力，所以不管什么重量的人站到这个体重秤上，体重秤显示的读数都为零。

那么在太空里通过什么方式进行称量人的质量呢？用的方法是动力学方法，即通过某种装置让人产生一定的加速度，同时测出对应的外力，根据牛顿第二定律可以得出人的质量。

问题三：在太空中，天平能称出物体的质量吗？

天平的原理是物体和砝码对托盘的压力相等，天平达到平衡，于是我们根据砝码的质量知道了所称量的物体质量，可到了太空的环境，物体和砝码的质量就算不相等，二者对托盘的压力都为零，天平始终保持平衡，所以在天空里，天平不能正常使用，也不能称出物体的质量。

如果用弹簧测力计去称量物体的重力，弹簧测力计显示读数为零，那么弹簧测力计也失效了吗？并没有失效，因为弹簧测力计本质上测的是物体对弹簧测力计的拉力，此时物体对弹簧测力计的拉力为零，是没有问题的，所以弹簧测力计可以正常使用。

大家知道，弹簧的拉力是与重力无关的力。因此，在失重环境中拉“弹簧拉力器”，仍然需要用力气。太空中用的弹簧拉力器与地面上用的相同，一般有五根弹簧，每拉长03米要用11千克力(1078牛)的力。

此外，体操也是太空体育锻炼的一个主要项目。在载人航天初期，飞行时间短，座舱中没有配备体育锻炼器材，体操几乎是唯一的体育锻炼活动。前苏联早期的“联盟”号飞船宇航员，每昼夜作两次体操，每次30分钟。”随着航天时间的延长，每次体操的时间也延长到印分钟。

太空体育活动与地面上的体育活动有许多不同。首先，它有特别强的针对性。在地面上开展体育活动，其出发点自然是增强体质，但有时也是为了比赛或表演。当然，比赛和表演的目的也在于推动体育活动的广泛开展，以达到增强人民体质的目的。不过，这多少是拐了点弯儿。太空中的体育锻炼则不然，它有非常明显的针对性，就像人得了某种病，遵医嘱进行某项体育锻炼一样。迄今没有为了太空体育比赛而进行太空体育锻炼的，也许将来会有，但那是将来的事。

长期呆在航天器飞行的失重环境中，由于“用进废退”规律在起作用，无用武之地的肌肉会萎缩，人的体重会减轻，骨骼会丧失钙质，还会产生其他一些体质变化。这是人体对失重环境的一种自然适应（要是一直呆在失重环境中，这不会成为什么问题。但在，目前，人还不能总是生活在失重环境中）。进入太空的人总是要返回地面的。一旦返回地面，体质的这些变化就会成为一种病症。长期太空飞行的宇航员返回地面时要用担架抬下航天器，就是为了避免突然在地球重力作用下行走使缺钙变脆的骨骼碎裂或折断。有的宇航员在返回地面时，不能立即站立和行走，就是因为肌肉萎缩而无力反抗地球重力的缘故。前苏联一名宇航员在太空飞行6个月后返回地面时，家人给他献了一束菖蒲花，他竟无力拿起这束鲜花。

在太空进行体育锻炼，是对抗这种病变的有力措施。前苏联宇航员柳明，在完成175天的太空飞行之后不到8个月，接着又进行为期185天的太空飞行，由于他坚持体育锻炼，返回地面后，体重增加了45千克。在太空飞行326天的前苏联宇航员罗曼年科，依照专家制定的体育锻炼程序，每日坚持锻炼，使脉膊经常稳定在每分钟62次，血压保持为10～166千帕（75～125毫米汞柱）。返回地面时，体重仅减轻16千克，骨组织的光学密度虽下降了5％，小腿肌肉体积缩小15％，但都保持在规定的范围内。其他生理指标也一样。所以在返回地球后，3小时便能自主地活动，第二天就和妻子一道散步。这比他10年前完成96天太空飞行归来的情况要好。

其次，在失重环境中进行体育锻炼是一件很困难的事。由于场地等限制，地面上的许多体育项目是无法进行的，如游泳、滑雪、滑冰、越野、爬山、球类等等。由于失重，地面上另外许多体育锻炼项目，如铅球、铁饼之类，可以不费吹灰之力推出很远很远，但达不到锻炼身体的目的。举重也一样，脚踩地面，手举杠铃，稍一用力，人和杠铃会一起飞走。即使将脚固定在地板上，人不飘浮了，但举起500千克重的杠铃也不过是伸伸胳臂而已，与做操无异。大家可能见过一个人在另一个人的一只手指上倒立的太空生活照片，似乎那只手指力顶千斤，但那不过是渲染气氛而已，其实倒立的人的重量为零。诸如此类，不费力气，当然达不到锻炼筋骨的目的。还有单杠、双杠、吊环、跳马，恐怕人人都会身轻如燕，生龙活虎般地进行一番，但最多也只能算是徒手体操而已。这大概是失重对体育活动的浓缩吧！

那么，目前在太空有哪些体育锻炼项目呢？

其一是踩“自行车练功器”。自行车的车架是固定不动的，只有车轮可以转动。为了不使身体飘浮，需用安全带固定起来，然后双脚克服弹性带的弹力蹬动车轮，数字记功仪表通过传感器所做的功记录并显示出来。美国“天空实验室”和前苏联“礼炮”号航天站上的宇航员每次踩自行车练功器做的功不得少于4万到45万千克力米（392～441千牛米）。

其二是在“微型跑道”上跑步。所谓“微型跑道”，只不过是一个皮带式的滚道。名为跑步，其实身体的直线位；置是不变的，人站在滚道上，为了跟进滚动的滚道，需要克服50千克力（490牛）左右的皮带的拉力。这是模拟人在地面上的体重。人在地面上跑步，正是骨骼÷肌肉系统克服地心对人体的引力而达到锻炼的目的。在“微型跑道”上跑步，皮带拉力造成的负荷，可以使骨骼一肌肉系统得到锻炼。美苏都规定，每次在“微型跑道”上跑步的距离应达到3000～4000米。前苏联宇航员罗曼年科在11个月的太空飞行中共跑了1000多千米。

其三是拉“弹簧拉力器”。大家知道，弹簧的拉力是与重力无关的力。因此，在失重环境中拉“弹簧拉力器”，仍然需要用力气。太空中用的弹簧拉力器与地面上用的相同，一般有五根弹簧，每拉长03米要用11千克力（1078牛）的力。

此外，体操也是太空体育锻炼的一个主要项目。在载人航天初期，飞行时间短，座舱中没有配备体育锻炼器材，体操几乎是唯一的体育锻炼活动。前苏联早期的“联盟”号飞船宇航员，每昼夜作两次体操，每次30分钟。”随着航天时间的延长，每次体操的时间也延长到印分钟。

还有一种“准”体育器材，就是“负压裤子”。这种裤子可以密封，穿上后将里面的空气抽掉，造成下身负压，使在失重环境中往上涌的血液流向下肢，以避免下身病变。

纵观上述太空体育活动，与襁褓中的婴儿一样，只是原地伸伸胳膊动动腿而已。而负压裤子恰似真正的襁褓，连手脚都不用动了。但是，太空中的体育锻炼要求是很严格的，因而也是十分艰苦的。美国“天空实验室”上的宇航员，每昼夜需进行三次体育锻炼，每次的时间分别为30、60、90分钟。前苏联“礼饱”号航天站上的宇航员，每昼夜也是三次体育锻炼，其中两次各75分钟，一次30分钟。地面指挥中心通过遥测系统对宇航员的体育锻炼情况进行监督和监测。

地面指挥中心不仅对宇航员的体育活动进行监督，而且对宇航员的整个身体健康状况进行监督和监测。如地面指挥中心通过遥测系统可以监测座舱环境参数和宇航员的生理生化指标，通过电话询问和电视观察了解宇航员的自我感觉和神态表现。

飞船座舱里还设有测量心电图、血压、心音、心震、脉膊、体温、皮肤电阻、呼吸和分析语言的传感器，有睡眠分析器，地面指挥中心可随时得到有关数据。另外，自行车功量计上的数据可以反映宇航员的新陈代谢机能，下身负压装置上的数据可以评估心血管的调节功能。地面医生分析所有数据后对宇航员的功能状况作出“正常”、“过度”、危险”的判断，从而调整宇航员的作息时间和作出驻留久暂的决策。

1969年，美国“阿波罗”飞船在登月飞行过程中，地面指挥中心的医务监护人员，通过各种先进的遥测手段收集宇航员的生理生化指标和询问、观察，发现宇航员有鼻炎、胃炎、肠炎、流感、呼吸刺激、胃部不适和恶心呕吐等多种病症，及时通知宇航员采取既定的医疗措施，成功地进行了治疗，保护了宇航员的工作能力和身体健康，保证了登月任务的胜利完成。

1987年2月8日，前苏联宇航员拉韦金和罗曼年科乘“联盟皿-2”号飞船进入“和平”号航天站，按计划两人同时在太空飞行一年时间，但拉韦金不幸中途生病，地面指挥中心决定让他在7月30日提前返回。另一名宇航员罗曼年科，由于感觉疲劳，地面指挥中心不断地减少他的工作时间，由开始的每天85小时，逐渐减少为65、55、45小时，直至最后停止一切工作，使他创造了在太空飞行326天的纪录。

齐奥尔科夫斯基说，地球是人类的摇篮，那么，刚刚离开地球而步人太空的宇航员，就是刚刚走出摇篮的幼童了。上述情况正好说明了这一点，进入太空的宇航员，处处需要地球上“母亲”的照料。

根据上述太空中的各种情形，我们也会想到太空体育活动与地面上的体育活动有许多不同。

（1）它有特别强的针对性。在地面上开展体育活动，其出发点自然是增强体质，但有时也是为了比赛或表演。而太空中的体育锻炼则不然，它有非常明显的针对性，就像人得了某种病，遵医嘱进行某项体育锻炼一样。迄今没有为了太空体育比赛而进行太空体育锻炼的，也许将来会有，但那是将来的事。

太空中无法实现的运动——滑雪

长期待在航天器飞行的失重环境中，由于“用进废退”规律在起作用，无用武之地的肌肉会萎缩，人的体重会减轻，骨骼会丧失钙质，还会产生其他一些体质变化。这是人体对失重环境的一种自然适应，要是一直待在失重环境中，这不会成为什么问题。但在目前，人还不能总是生活在失重环境中，进入太空的人总是要返回地面的。一旦返回地面，体质的这些变化就会成为一种病症。长期太空飞行的宇航员返回地面时要用担架抬下航天器，就是为了避免突然在地球重力作用下行走使缺钙变脆的骨骼碎裂或折断。有的宇航员在返回地面时，不能立即站立和行走，就是肌肉萎缩而无力反抗地球重力的缘故。前苏联一名宇航员在太空飞行6个月后返回地面时，家人给他献了一束菖蒲花，他竟无力拿起这束鲜花。

在太空进行体育锻炼，是对抗这种病变的有力措施。前苏联宇航员柳明，在完成175天的太空飞行之后不到8个月，接着又进行为期185天的太空飞行。由于他坚持体育锻炼，返回地面后，体重增加了45千克。在太空飞行326天的前苏联宇航员罗曼年科，依照专家制定的体育锻炼程序，每日坚持锻炼，使脉搏经常稳定在每分钟62次，血压保持为10～166千帕(75～125毫米汞柱)。返回地面时，体重仅减轻16千克，骨组织的光学密度虽下降了5％，小腿肌肉体积缩小15%，但都保持在规定的范围内，其他生理指标也一样。所以在返回地球后3小时便能自主地活动，第二天就和妻子一道散步。这比他10年前完成96天太空飞行归来的情况要好。

太空运动项目中的自行车练功器

（2）在失重环境中进行体育锻炼是一件很困难的事。由于场地等限制，地面上的许多体育项目是无法进行的，如游泳、滑雪、滑冰、越野、爬山、球类等。由于失重，地面上另外许多体育锻炼项目，如铅球、铁饼之类，可以不费吹灰之力推出很远很远，达不到锻炼身体的目的。举重也一样，脚踩地面，手举杠铃，稍一用力人和杠铃就会一起飞走。即使将脚固定在地板上，人不飘浮了，但举起500千克重的杠铃也不过是伸伸胳臂而已，与做操无异。大家可能见过一个人在另一个人的一只手指上倒立的太空生活照片，似乎那只手指力顶千斤，但那不过是渲染气氛而已，其实倒立的人的重量为零。诸如此类，不费力气，当然达不到锻炼筋骨的目的。还有单杠、双杠、吊环、跳马，恐怕人人都会身轻如燕、生龙活虎地进行一番，但最多也只能算是徒手体操而已。

那么，目前在太空有哪些体育锻炼项目呢（1）踩“自行车练功器”。自行车的车架是固定不动的，只有车轮可以转动。为了不使身体飘浮，需用安全带固定起来，然后双脚克服弹性带的弹力蹬动车轮，数字记功仪表通过传感器记录所做的功并显示出来。美国“天空实验室”和前苏联“礼炮”号航天站上的宇航员每次踩自行车练功器做的功不得少于392~441千牛·米。

（2）在“微型跑道”上跑步。所谓“微型跑道”，只不过是一个皮带式的滚道。名为跑步，其实身体的直线位置是不变的，人站在滚道上，为了跟进滚动的滚道，需要克服50千克力(490牛)左右的皮带的拉力。这是模拟人在地面上的体重。人在地面上跑步，正是骨骼—肌肉系统克服地心对人体的引力而达到锻炼的目的。在“微型跑道”上跑步，皮带拉力造成的负荷，可以使骨骼—肌肉系统得到锻炼。美、苏都规定，每次在“微型跑道”上跑步的距离应达到3000~4000米。前苏联宇航员罗曼年科在11个月的太空飞行中共跑了1000多千米。

（3）拉“弹簧拉力器”。弹簧的拉力是与重力无关的力。因此，在失重环境中拉“弹簧拉力器”，仍然需要用力气。太空中用的弹簧拉力器与地面上用的相同，一般有五根弹簧，每拉长03米要用11千克力(1078牛)的力。

太空中训练所用的弹簧拉力器

（4）体操也是太空体育锻炼的一个主要项目。在载人航天初期，飞行时间短，座舱中没有配备体育锻炼器材，体操几乎是唯一的体育锻炼活动。前苏联早期的“联盟”号飞船宇航员，每昼夜做两次体操，每次30分钟。随着航天时间的延长，每次体操的时间也延长到60分钟。

还有一种“准”体育器材，就是“负压裤子”。这种裤子可以密封，穿上后将里面的空气抽掉，造成下身负压，使在失重环境中往上涌的血液流向下肢，以避免下身病变。

纵观上述太空体育活动，宇航员与襁褓中的婴儿一样，只是原地伸伸胳膊动动腿而已。而负压裤子恰似真正的襁褓，连手脚都不用动了。但是，太空中的体育锻炼要求是很严格的，因而也是十分艰苦的。美国“天空实验室”上的宇航员，每昼夜需进行3次体育锻炼，每次的时间分别为30分钟、60分钟和90分钟。前苏联“礼炮”号航天站上的宇航员，每昼夜也是3次体育锻炼，其中两次各75分钟，一次30分钟。地面指挥中心通过遥测系统对宇航员的体育锻炼情况进行监督和监测。

知识点

宇航员在太空如何称体重

宇航员若在空间站上长期工作，要定期检查身体的健康状况，包括称体重。由于太空中宇航员处于失重状态，因而在太空中称体重与在地面称体重的方法完全不同。宇航员在空间站上称体重时，首先站到一个位于杠杆之上的踏板上，使踏板上的一根弹簧收缩，然后借助一种专门扳手的帮助松开弹簧，使弹簧发生振动。测量仪通过测量弹簧的振动幅度，即可测量出宇航员的体重。这种体重测量仪是前苏联专家专门为在太空工作的宇航员称体重而研发的。早在1974年，前苏联宇航员在“礼炮3”号空间站工作时就开始使用这种仪器测量体重。

为维持人体各器官组织在太空中的正常“运转”，国际空间站的宇航员们必须每天进行体育锻炼，如骑自行车或蹬“移动地毯”。由于没有地球引力的束缚，宇航员在太空的运动也不像在地球上那样自如。他们需要用绳子将自己固定在空间站的设备上，再穿上特制的裤子，使体内的血液从头往脚循环，以求取得同在地球上锻炼一样的生理效果。这些运动可以基本维持心脏、动脉等器官的正常“运转”，却不能防止骨头的萎缩。据统计，宇航员在一次太空旅行中将损失1％至10％的骨架，这部分骨头在地球上再生的周期通常比在太空中的时间长许多。正常情况下，宇航员每天至少要坚持两个小时的锻炼。

宇航员在太空中长期的失重生活会导致骨质恶化。

失重状态下，人体骨骼不用实现支撑体重这一基本功能，但这样对人体并不好，由此宇航员很容易患骨质疏松症。在国际空间站的宇航员必须要考虑到日常的身体锻炼，通常宇航员每天至少要参加两小时的锻炼。

空间站主要包括脚踏车、跑步机等有助保持体形的器械，这种跑步机必须有绳缆将宇航员拉向传送带的方向，尽可能地使宇航员像在地球上410一样地运动。

太空体育锻炼

目前，对抗失重引起的生理变化的主要办法是加强体育锻炼。不过体育锻炼项目仍要受到失重和环境狭小的制约。单杠、双杠、举重、哑铃等靠反抗重力的项目达不达锻炼的效果；各种球类、游泳、滑雪、滑冰、越野、爬山等则受失重和场地的双重限制无法进行。目前，失重环境中的主要体育锻炼项目有如下一些。

踩自行车练功器。锻炼者坐在固定的车架上，身体用安全带固定，以免飘浮，双腿套在弹力带上，克服弹力带的弹力蹬动车轮，所作的功由记录器记录下来。美国“天空实验室”和苏联“礼炮”号航天站上的航天员，规定每人每天需作功390－440千牛米。迄今规定未变。

在微型跑道上跑步。锻炼者站在皮带式滚道上，双腿套上弹性带，以模拟人在地面上的体重，迈步时，一般需克服约490牛的弹性带拉力。苏美都规定，每次在微型跑道上跑步的距离，应达到3－4千米。在太空连续生活326天的苏联航天员罗曼年科，在微型跑道上共跑了1000多千米。

拉弹簧拉力器。弹簧的弹力与重力无关。在失重环境中拉弹簧拉力器，与在地面上一样费力，可以达到锻炼的效果。一个弹簧拉力器一般有5根弹簧，每拉长03米，需用力1078牛。

作徒手体操。这是短期航天的主要体育锻炼项目，每天两次，每次30－60分钟。作体操时也要当心失重的捉弄。曾有航天员在做头部运动和甩动四肢时，感到头好像在脖子上360度地转动、四肢好像离开了躯体。

穿负压裤子。这是一种准体育器材。穿上后将裤子中的空气抽掉，造成下身负压，促使体液流向下身。

此外，平时和锻炼时都可穿“企鹅服”。这是苏联科学家为航天员设计的服装，因外型像企鹅而得名。它具有弹性，能给穿着者的肌肤一定的压力，对失重给予一定的补偿。

体育锻炼对抗失重影响的效果是非常明显的。如在太空生活326天的罗曼年科，虽在后期因疲劳而逐渐停止了工作，但仍依照专家制订的体育锻炼程序，每年坚持锻炼，使脉膊、血压始终保持正常，体重、骨钙和肌肉虽有稍许下降，但都在正常范围内。返回地球后3小时就能自主活动，比10年前飞行96天后归来的情况还好。另一名航天员瓦柳明，在完成175天太空飞行后8个月，又进行185天太空飞行，由于坚持体育锻炼，体重还增加45千克。

宇航员的训练和对抗失重的措施有:自行车功率计,隔振平台,拉出器,企鹅西装,下身负压管和皮带等。

自行车能量计是用来改善宇航员在失重环境下的有氧运动和锻炼下肢肌肉。隔振平台与地面运行机相似。

“太空踏车”装备有松紧带，可以“按”在跑步机上的宇航员，否则宇航员就不能跑了。

此外，“太空跑步机”必须采取隔振措施，以防止宇航员的运动影响到其他设备和航天器上的科学实验。

此外，宇航员还可以使用担架来锻炼上肢和肩部肌肉。企鹅太空服有一个弹性的带系统，可以向船员应用纵向力来对抗失重造成的萎缩。

下肢负压管可以为航天员下肢提供负压环境，从而促进航天员血液流向下肢，从而更好地对抗和适应失重环境。宇航员还可以在大腿周围系上安全带，以部分阻断下肢静脉回流。