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羽毛都會(huì)墜落,為啥60萬(wàn)億億噸的地球,卻能漂浮在太空中?

地球重達(dá)60萬(wàn)億億噸,但當(dāng)我們從太空中看地球時(shí),地球似乎是懸浮在空間當(dāng)中的,在地球上一根羽毛會(huì)自動(dòng)向下墜落的情況下,為何如此重的地球卻能漂浮在太空中呢?

 

人類已在地球上繁衍生息了數(shù)百萬(wàn)年,對(duì)地球上的大部分自然現(xiàn)象早就習(xí)以為常,并發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律,牛頓在十九世紀(jì)初看到蘋(píng)果向下墜落,由此發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力,實(shí)際上地球能懸在太空和蘋(píng)果會(huì)墜落地面的本質(zhì)是一樣的,即萬(wàn)有引力定律。

牛頓認(rèn)為,萬(wàn)有引力是一種超距作用

即不需要兩個(gè)物體接觸,也能對(duì)彼此施加力,同時(shí)這種力的傳播不需要時(shí)間,可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)傳遞,意思就是假如太陽(yáng)消失了,地球也會(huì)即刻脫離軌道沿著切線方向飛去,這是因?yàn)樵谔?yáng)消失的一瞬間,地球受到的引力也消失了。

 

在地球上,一切物品都會(huì)被地核吸引,因此我們能夠牢牢的站在地面上,并以此劃分了上下左右的概念,但在太空時(shí)距離地球太遠(yuǎn),已經(jīng)脫離了地球的引力,所以實(shí)際上在宇宙中沒(méi)有上下左右之分。

地球中的“下”本質(zhì)上就是萬(wàn)有引力施加的方向。

在整個(gè)太陽(yáng)系中,太陽(yáng)占據(jù)了99.8%的質(zhì)量,因此地球在太空中受到向太陽(yáng)的引力作用,一般來(lái)說(shuō),地球應(yīng)該會(huì)被太陽(yáng)的引力拉向太陽(yáng),就像蘋(píng)果在地球上會(huì)墜落到地面,但實(shí)際上地球在繞著太陽(yáng)沿著橢圓軌道運(yùn)動(dòng),這是為什么呢?

牛頓當(dāng)年就為這個(gè)問(wèn)題做過(guò)一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)。

 

假如我們?cè)诘乇泶怪狈较蛏习l(fā)射一枚炮彈,炮彈會(huì)受到地球的引力影響導(dǎo)致速度不斷衰減,直至衰減為0開(kāi)始向下加速跌落,所以垂直發(fā)射炮彈或火箭很難逃離地球引力,一方面炮彈無(wú)法獲得足夠的初始速度,另一方面火箭也無(wú)法攜帶足以支持持續(xù)加速的燃料,至少對(duì)人類現(xiàn)在來(lái)說(shuō)很難辦到。

 

假如把大炮的位置架設(shè)在一座高山上,并以水平的方向把它發(fā)射出去,它向前飛的時(shí)候也同樣會(huì)受到引力影響,在飛行一段時(shí)間后砸向地面,如果射速很低,它可能在山腳就會(huì)落下,但如果射速逐漸提高,它的墜落點(diǎn)也會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn),直到射速達(dá)到7.9千米每秒,它就會(huì)繞著地球做圓周運(yùn)動(dòng)。

這是因?yàn)榈厍虮旧硎乔蝮w,具有一定的曲率,大炮在向前飛的時(shí)候也在向下運(yùn)動(dòng),但由于向前飛的速度夠快,它能夠不斷的錯(cuò)過(guò)地表,圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力和地球的引力達(dá)到平衡,它就能不斷的圍繞地球運(yùn)動(dòng)而不會(huì)掉下來(lái)了。

 

同理,地球也可以看成一枚架在太陽(yáng)上打出去的炮彈,它以每秒29.78公里的速度圍繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí),圓周運(yùn)動(dòng)的離心力足以對(duì)抗太陽(yáng)對(duì)它的引力,所以它不會(huì)向太陽(yáng)墜落。

人類發(fā)射繞地衛(wèi)星也是同樣的原理

 

首先由火箭把衛(wèi)星推到足夠的高度,然后慢慢調(diào)轉(zhuǎn)到水平方向,給衛(wèi)星提供足夠的水平初速度,這樣一來(lái)衛(wèi)星就能繞著地球旋轉(zhuǎn)了。

不考慮其他因素下,能夠抗衡地球引力的速度就是7.9km/s,即第一宇宙速度,如果恰好是這個(gè),物體就會(huì)繞著地球做圓周運(yùn)動(dòng),假如它的速度更快一點(diǎn),它的圓形軌道就會(huì)越來(lái)越趨向橢圓形。

當(dāng)速度達(dá)到閾值時(shí),它就能徹底沖破地球的引力,成為繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的行星,假如它的速度達(dá)到了16.7km/s,就能突破太陽(yáng)在整個(gè)太陽(yáng)系中的引力,直接沖出太陽(yáng)系

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