羽毛都會墜落,為啥60萬億億噸的地球,卻能漂浮在太空中?

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百萬年,對地球上的大部分自然現象早就習以為常,并發現了其中的規律,牛頓在十九世紀初看到蘋果向下墜落,由此發現了萬有引力,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」本質上就是萬有引力施加的方向。

在整個太陽系中,太陽占據了99.8%的質量,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,這是為什麼呢?
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加速的燃料,至少對人類現在來說很難辦到。

假如把大炮的位置架設在一座高山上,并以水平的方向把它發射出去,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。
人類發射繞地衛星也是同樣的原理首先由火箭把衛星推到足夠的高度,然后慢慢調轉到水平方向,給衛星提供足夠的水平初速度,這樣一來衛星就能繞著地球旋轉了。
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


[圖擷取自網路,如有疑問請私訊]

本篇
不想錯過? 請追蹤FB專頁!    
前一頁 後一頁