平時直觀的理解,爬坡就是沿著斜面從低往高處升高運動;所謂的升高,地面上看就是垂直向上運動。但從太空視角看,所謂升高就是沿著地球半徑遠離地球球心的過程,只要離球心越來越遠,就是升高。 圓周運動是在二維平面內(nèi)的運動,合力指向圓心,運動方向與圓周相切,就是垂直于圓半徑。圓心,合力方向,運動方向都在同一平面內(nèi),至少目前是這么認(rèn)為的。 那么爬坡與圓周運動有什么關(guān)系呢?平面爬坡又如何理解呢?請看圖解。 上圖是一個抽象示意圖,代表一個帶有機翼(可旋轉(zhuǎn)質(zhì)量物體如小球等)的衛(wèi)星在地球上空飛行。此時繞地運動速度是v,半徑是r1,小球m的旋轉(zhuǎn)速度是v3.那么小球m的重力與離心力是相等的,兩者之差為零,即 GMm/r1^2=mv^2/r1. GM=r1v^2 (公式1) 當(dāng)加大小球轉(zhuǎn)速v3,小球做離心運動,來到r2的位置,小球雖然在平面內(nèi)運動,卻距離地心越來越遠了,即越來越高了(r1<r2),這就是所謂的平面爬坡的意思。由于重力與半徑的平方成反比,離心力與半徑成反比,此時小球m離心力大于重力,衛(wèi)星就會離心升高。 GMm/r2^2 = r1v^2m/r2^2 =r1v^2m/(r2*r2) < mv^2/r2, 因為 r1<r2. (公式2) 由于小球的外展是由轉(zhuǎn)動內(nèi)力造成小球離心而形成的,沒有力學(xué)表明小球的離心運動會降低整個衛(wèi)星的運動速度。 小球加速轉(zhuǎn)動,就像直升機的螺旋槳一樣,這樣的裝置就像太空中飛行的直升機,會越飛越高。由于太空中離心力與重力平衡,稍微一點力就能打破平衡,引起上升運動。 如果轉(zhuǎn)速功率足夠大,這樣的太空直升機理論上在月球上也能起飛。 |
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