地球重達60萬億億噸,但當我們從太空中看地球時,地球似乎是懸浮在空間當中的,在地球上一根羽毛會自動向下墜落的情況下,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)百萬年,對地球上的大部分自然現(xiàn)象早就習以為常,并發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律,牛頓在十九世紀初看到蘋果向下墜落,由此發(fā)現(xiàn)了萬有引力,實際上地球能懸在太空和蘋果會墜落地面的本質(zhì)是一樣的,即萬有引力定律。 牛頓認為,萬有引力是一種超距作用即不需要兩個物體接觸,也能對彼此施加力,同時這種力的傳播不需要時間,可以實現(xiàn)瞬時傳遞,意思就是假如太陽消失了,地球也會即刻脫離軌道沿著切線方向飛去,這是因為在太陽消失的一瞬間,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,但在太空時距離地球太遠,已經(jīng)脫離了地球的引力,所以實際上在宇宙中沒有上下左右之分。 地球中的“下”本質(zhì)上就是萬有引力施加的方向。 在整個太陽系中,太陽占據(jù)了99.8%的質(zhì)量,因此地球在太空中受到向太陽的引力作用,一般來說,地球應該會被太陽的引力拉向太陽,就像蘋果在地球上會墜落到地面,但實際上地球在繞著太陽沿著橢圓軌道運動,這是為什么呢? 牛頓當年就為這個問題做過一個著名的思想實驗。 假如我們在地表垂直方向上發(fā)射一枚炮彈,炮彈會受到地球的引力影響導致速度不斷衰減,直至衰減為0開始向下加速跌落,所以垂直發(fā)射炮彈或火箭很難逃離地球引力,一方面炮彈無法獲得足夠的初始速度,另一方面火箭也無法攜帶足以支持持續(xù)加速的燃料,至少對人類現(xiàn)在來說很難辦到。 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,它向前飛的時候也同樣會受到引力影響,在飛行一段時間后砸向地面,如果射速很低,它可能在山腳就會落下,但如果射速逐漸提高,它的墜落點也會越來越遠,直到射速達到7.9千米每秒,它就會繞著地球做圓周運動。 這是因為地球本身是球體,具有一定的曲率,大炮在向前飛的時候也在向下運動,但由于向前飛的速度夠快,它能夠不斷的錯過地表,圓周運動產(chǎn)生的離心力和地球的引力達到平衡,它就能不斷的圍繞地球運動而不會掉下來了。 同理,地球也可以看成一枚架在太陽上打出去的炮彈,它以每秒29.78公里的速度圍繞著太陽公轉(zhuǎn)時,圓周運動的離心力足以對抗太陽對它的引力,所以它不會向太陽墜落。 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,物體就會繞著地球做圓周運動,假如它的速度更快一點,它的圓形軌道就會越來越趨向橢圓形。 當速度達到閾值時,它就能徹底沖破地球的引力,成為繞著太陽運轉(zhuǎn)的行星,假如它的速度達到了16.7km/s,就能突破太陽在整個太陽系中的引力,直接沖出太陽系 |
|