深入解析月球绕地球运动：思想实验揭示珠穆朗玛峰抛球大赛的科学原理

飞！球！

本期我们通过一个思想实验来进一步了解月球绕地球运行的原因。

请问，什么是思想实验？

好，我们先来说说科学实验的两种形式。

好吧，回到我们的思想实验：在世界最高峰珠穆朗玛峰上，正在进行一场激烈的抛球比赛。

硬核知识

球在空中的运动可分为水平运动和垂直运动：

● 球体水平方向不受力，水平运动为匀速直线运动（忽略空气阻力）；

● 球在垂直方向受到地球引力，其垂直运动为自由落体。

由于自由落体的时间只与高度有关，因此无论球的水平速度有多快，球自由落体即在空中移动所需的时间是相同的，但速度越快水平速度，即球在空中移动的水平距离。会更远。

小球并没有落到拉萨，而是变成了一颗像月球一样不断绕地球运行的“卫星”。

到底是怎么回事？

如果你此时感到傻眼，那么你已经踏入了牛顿开创的现代物理体系世界之门。

下面我们来详细分析一下。

假设地球是一个完美的球体，每8公里就会下降大约5米。

当球水平投掷时，其飞行路径是一条曲线。如果你向地球表面扔一个球，当球的速度为7.9公里/秒时，每飞8公里，球就会下降5米。也就是说，小球的飞行轨迹曲线与地球表面的曲线完全相同，那么它就会继续绕地球“下落”，而不会落到地面上。

如果球速低于7.9公里/秒，则与之前选手投掷的结果相同。虽然球被抛得越来越远，但它最终还是会落到地面上，因为球的飞行轨迹下降的速度比地球表面曲线下降的速度要快，最终的飞行轨迹与地球表面相交。

硬核知识——第一宇宙速度

这种每秒7.9公里的特殊速度被称为第一宇宙速度。意味着只要在地球表面运动的物体大于或等于这个速度，就不再需要动力绕地球做圆周运动。球绕地球运行的轨迹通常被称为“轨道”。

也就是说，小卫星只要进入轨道，就可以像月球一样自行绕地球一周，不像汽车、飞机只要在运动就不断消耗燃料！

宾果！这就是科学的力量！所有人造卫星都基于这一原理运行。

除了

还有一个问题，物体之间为什么会有引力？

一个问题，为什么物体之间会有引力？

你一直强调将球投向靠近地面的地方。这和我站在珠穆朗玛峰上扔球有什么不同吗？

根据万有引力定律，距离地球越远，引力越小，球绕地球一周所需的速度也越小。

除了

还有一个问题，物体之间为什么会有引力？

一个问题，为什么物体之间会有引力？

抛球比赛还没有结束。让我们把它扔得更快一些，7.9公里/秒，8.0公里/秒……到目前为止，所有扔出的小球都变成了环绕地球的卫星，沿着椭圆形的曲线反复运行，但曲线变得越来越平坦。

除了

还有一个问题，为什么物体之间存在万有引力？

一个问题，物体之间为什么会有引力？

啊？当速度达到11.2公里/秒时，球的运动轨迹不再是椭圆曲线，而是变成抛物线。球永远不会回来，而是飞向无穷远。

硬核知识——宇宙第二速度

这种11.2公里/秒的特殊速度被称为第二宇宙速度，也称为逃逸速度。只要“扔”到地球上的物体超过这个速度，它们就会彻底摆脱地球引力的吸引力，永远告别地球。

当抛出的球的速度大于16.7公里/秒时，球就逃脱了太阳的吸引力，飞出了太阳系。这就是第三宇宙速度。

天哪！宇宙速度一共有多少种？

第四宇宙速度是飞出银河系所需的速度，第五、第六宇宙速度是飞出较大星系团所需的速度。根据目前的知识，第一、第二、第三宇宙速度是准确的，其他宇宙速度只是估计，人类距离达到还很远。

通过抛球比赛，我们发现离开地球甚至太阳系的关键是速度。一位物理学家曾经说过：

摆脱地球引力的速度也已经计算出来了。我们可以去月球吗？

别担心，万有引力定律还有一个“小尾巴”尚未解决。你如何看待万有引力常数G？

考试不会考的冷知识

扔小球一段，人类扔的“小球”最快是多少？如果不考虑飞行过程中的加速度，美国冥王星探测器新视野号是目前离开地球最快的天体。

2006年，新视野号最终被火箭送入轨道后，其相对地球的速度为每秒16.26公里，接近第三宇宙速度。这有多快？让我们比较一下使用不同方法从地球到月球所需的时间：

经过九年的飞行，新视野号于 2015 年飞越冥王星，距离地球 48 亿公里。

当然，还有一群来无影去无踪的超级英雄。它们的速度是无法估量的，但是在保护地球的同时，也要注意控制自己的速度，否则……