第一個問題:
在波音七二七做拋物線無重力飛行時,所謂的無重力狀態,是真的所受重力為零嗎?A,B,C,D你認為哪一個對?或是你有自己另外的看法? 請說明你如此選擇的理由?
A. 飛機艙內的人所受重力為零。
B. 飛機艙內的人所受重力與失重前相同。
C. 飛機艙內的人所受重力比失重前大。
D. 飛機艙內的人所受重力比失重前小。
第一題作答情形
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答案 A B C D
人數 1 24 1 5
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第一題的作答理由可以整理成八點:
1.失重表示飛機艙內的人所受重力為零。
2.像太空梭繞地球的失重狀態,仍需要合力提供向心力,飛機內的人所受合力不為零,應為mg(即重力)。這是另一種產生失重狀態的方式,如果以約音速25倍的速度環繞地球飛行,此時重力正好當作向心力,而呈失重狀態,如太空漫步的太空人,其實他跟太空梭一起往下掉,只是下降的幅度正好等於地球的弧度變化。
3.因還在地球上,所以重力不變,但合力近似於零,因為重力提供向心力,所以人感受不到重力。
4.失重並不是真的零重力,而是在自由落體下落這段時間內,人和地板也以相同的重力加速度在往下掉,因此感受不到重力,嚴格說來可能只是微重力。
5.在失重狀態時,人仍在地球重力場中,而且距離地心幾乎不變(可忽略),所以所受重力與失重前相當。只是失重前人感受到機基地板的支撐,所以有重量,當飛機引擎不再加速,此時飛機和人都只受到向下的重力加速度g的作用,人相對於飛機的加速度為零,地板不需要再支撐人,所以人感覺失重。
6.飛機有水平的向前加速度,所以在飛機上人會感受到向後的加速度,也就是向後的力,加上原來向下的重力加速度產生的重力,兩力的合力就是人感受的重力。
7.飛機並非在真正的無重力環境(如無重力場的外太空),而是製造出無重力狀態,因此所受重力要比失重前小才浮得起來。
8.想不出理由
你認為哪些理由合理,能指出其它理由的迷思概念嗎?
第二個問題:
請看上圖,你認為在哪些段飛行時間中,可以體驗到無重力狀態?請說明你做此選擇的理由。
第二題作答情形:
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A B C D AB BC CD BCE NA
0 0 6 11 0 2 8 1 2
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第二題的作答理由可以整理成十點:
1.在c時飛機掉下來,加速度向下,類似電梯加速下降,人會覺得失重。
2.在d時,飛機往下的加速度正好等於g值,此時才會有失重感覺。
3.在d斜率最大,表示加速度大小最大,而且斜率為負值,表示飛機向下加速,所以產生失重狀態。
4.在b和c時,飛機只受到向下的重力加速度(從向下開口的飛行拋物線軌跡得知,此時飛機作只有向下加速度,沒有水平加速度的拋體運動),在飛機上的座標(非慣性座標)看來,向質量m的人會受到向上的假想力-mg作用,而和其重量平衡,形成失重。
5.在b和c兩段類似以地心為中心的圓周運動,此時所受的重力作為向心力,人處在失重狀態。
6.c和d都在自由落下,人和飛機都有一相同的向下的加速度,所以人對飛機看起來沒有加速度,此時會感覺失重。
7.在bce能體會失重,因為這三段是飛機迅速改變方向的段落,因人體仍有原方向的切線速度,但飛機卻向另一方向,故可達失重。
8.人仍在重力場內,所以不會有無重力狀態。(親愛的,你把「體驗到無重力狀態」其中「體驗」兩個字變消失了:),也許題目應該改成「體驗到失重狀態」比較恰當。
9.飛機一直有水平加速度,所以不管垂直方向加速度如何改變,都不可能體驗無重力狀態。
10.想不出理由。
你認為哪些理由合理,能指出其它理由的迷思概念嗎?
另外有兩項類比:
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