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如果有无限长的梯子,不达到第一宇宙速度的情况下能否飞出地球?

选择字体大小: 发布时间:2023-04-02 20:25 | 作者:jdwzdh | 来源:互联网 | 阅读:

万事万物之间都有引力,我们生活在地面上,时刻都是受到来自地球的引力,这也是为什么我们能安稳地站在地球上的主要原因,地球的引力很强,如果我们想离开地球,该怎么做呢?有两种方式。

第一,用一个持续不断的力量推动我们,一直离开地球的引力范围。火箭在发射升空的上升期间就是这样做的,依靠强大的推动力离开地球引力。而题目中用无限长的梯子持续向上爬离开地球,也属于这种方式,只是动力不同罢了,本质上是一样的。

不过理论上讲,引力的作用范围都是无限的,无论到哪里你都会受到地球引力。但是距离地球足够远的距离之后,地球的引力影响就微乎其微了,可以忽略不计,那么这个距离有多远呢?

这个距离就是地球的希尔球半径,与地球的质量以及运动物体的质量有关,距离计算过程就不详述了,总之这个半径大约150万千米。

也就是说,在150万千米的范围内,我们还是会受到地球引力的,而到了150万千米范围外,地球的引力就可以忽略不计了,地球和太阳的引力作用基本上到达了平衡点,那里属于宇宙太空。

第二,也就是题目中所说的第一宇宙速度。根据爱因斯坦的广义相对论,引力的本质其实是时空弯曲,地球会压缩周围的时空结构,创造出一个“引力井”,想要逃出地球引力,就必须逃出引力井才可以。

像第一种方式那样慢慢往上爬当然可以,但更有效的方式是获得足够快的速度,只要速度足够快,之后就可以不用任何推动力,就可以轻松逃出地球引力。

根据相关计算,可以计算出地球的三个宇宙速度。

第一宇宙速度,大约每秒7.9千米,也就是环绕地球的运行速度。第二宇宙速度,大约每秒11.2千米,也就是逃离地球引力的速度。第三宇宙速度,大约每秒16.7千米,逃出太阳系的速度。

能够看出,达到第一宇宙速度之后,就可以对抗地球引力,不会降落到地面上,但是这个速度是不能逃出地球引力的。只有达到或超过第二宇宙速度才能逃出地球引力。比如说如今已经飞行了40多年的旅行者一号飞船,它的速度甚至超过了第三宇宙速度,大约每秒17千米的速度,这个速度能让它飞出太阳系,最终围绕银河系中心飞行。

明白了这点,我们再来看看以上两种逃出地球引力的方式有什么区别。

第一种方式,也就是用梯子一直爬行,逃出地球引力。这种方式对速度没有要求,只要我们能一直向上爬,爬到距离地球150万公里之后,就可以逃出地球引力了,但这个过程中,我们需要持续不断地用力,消耗能量。

假设我们爬梯子的速度为每秒一米,那么爬行150万公里大约需要500年的时间,这辈子我们是不可能离开地球引力的。

而第二种方式,也是人类发射各种探测器离开地球飞向其他星球的首选方式,集中大量能量让探测器在短时间内获得一个很高的初速度,之后就不需要给探测器施加推动力就可以离开地球引力了。

探测器的发射都需要火箭的强大推动力,而火箭的发射阶段短短几分钟就会消耗巨大的能量,目的就是让探测器获得足够高的初速度,比如说达到第二宇宙速度每秒11.2千米,之后就不用火箭推动,就可以摆脱地球引力了。

其实这两种方式在我们日常生活中经常会出现。

比如说,骑自行车上坡时,通常我们都会在上坡之前很远的地方就开始加速,目的就是让自行车获得足够快的速度,这样我们在上坡的过程中就很轻松,甚至不用再蹬自行车也能爬上去,这与发射火箭的过程本质上是一样的,只不过火箭爬行的坡度是90度,而我们爬坡时没有那么大的坡度。

如果你爬坡之前,自行车没有任何速度,只要你力气足够大,当然你也是可以爬上坡的,但你肯定知道,这样的爬坡方式是很费力的,爬坡过程必须持续使劲蹬自行车才可以,不能有任何停顿,否则自行车就会倒回去,根本爬不上坡。

文章开头也说了,地球的引力其实就是压缩时空形成的“引力井”,这个“引力井”其实就相当于一个“时空坡度”,我们只有获得足够快的初速度,才能更轻松地爬出引力井!


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