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  • 小于第一宇宙速度能不能飞上太空(飞出地球多少米进入太空)

    栏目: 知识 日期:2022-12-19 06:00:29 浏览量(来源:小卞

    [摘要]我以每秒一米的速度升空,最终能离开地球进入太空吗?理论能实现,但实际难以完成! 你以每秒一米速度升空,虽远远低于7 9千米/秒的第一宇宙速度,但只要你耗费...

    我以每秒一米的速度升空,最终能离开地球进入太空吗?

    理论能实现,但实际难以完成!

    你以每秒一米速度升空,虽远远低于7.9千米/秒的第一宇宙速度,但只要你耗费足够长的时间,理论上可抵达你想去的任何星球!

    但实际上升容易但要持续上升很难,由于受地球重力影响,你必须具备源源不断的能量动力来源,支撑你以1米/秒的速度上升,直至飞出大气层。你不但首先要面对大气层恶劣环境,而且要克服地球重力,需提供耗费的能量也是巨大的。实际也是难以离开地球进入太空的!

    其实上面的提问是个伪命题,现实根本不可能实现。人类要想离开地球进入大气层,唯一经济快速的途径就是乘坐航天器,达到第一宇宙速度进入太空!这也是目前宇航员进入太空唯一的“交通工具”!其它的途径做梦飞天,终究难以实现!

    我以每秒一米的速度升空,最终能离开地球进入太空吗?

    这个问题挺好,能炸出很多键盘侠。我就很愿意回答这样的问题。

    (原创手打,严禁抄袭)

    首先回答是:能。不仅能飞出地球,还能飞出太阳系,银河系。因为题干确定了一米每秒为速度。所以一米每秒连黑洞都可以逃出。你问题已经自己回答了。

    这个问题说白了就是,你如果产生位移,那你的位置会变化吗?这就是个坑啊各位,位移的定义就是表示物体(质点)的位置变化。

    如果大家认同,那么看到这里该明白的也就明白了,可以换下一题了。不明白的请继续往下看,科普时间到。(什么?午时已到?)

    (图是我P的请无视)

    这个问题会把大家坑在哪里呢?

    第一坑:逃逸速度与能否飞出地球混淆;

    第二坑:速度与加速度概念混淆;

    第三坑:进入轨道失重就是脱离引力的认识误区。

    我们来逐个分析:


    第一坑,逃逸速度的误区。

    首先,地球逃逸速度是指在贴着地球外层,达到了这个速度可以无动力甩出去。是甩出去,脱离地球引力的束缚。切记!不是不受地球引力,引力的作用是无限远的。

    就是说即使没达到这个速度,推力足够的话你慢慢飞也能飞出去。达到这个速度,你就不需要动力就能飞出去啦。

    以下括号里的内容可以直接跳过到下一个小标题,想温习物理的可以参考。

    (一个质量为m的物体具有速度v,则它具有的动能为mv^2/2。假设无穷远地方的引力势能为零,则距离地球距离为r的物体的势能为-mar。又因为地球对物体的引力可视为物体的重量,所以有GmM/r2=ma即a=(GM)/r2.

    所以物体的势能又可写为-GmM/r,其中M为地球质量。设物体在地面的速度为V,地球半径为R,则根据能量守恒定律可知,在地球表面物体动能与势能之和等于在r处的动能与势能之和,即mV2/2+(-GMm/R)=mv2/2+(-GmM/r)。

    当物体摆脱地球引力时,r可看作无穷大,引力势能为零,则上式变为mV2/2-GmM/R=mv2/2.

    显然,当v等于零时,所需的脱离速度V最小,即逃逸速度V=2GM/R开根号,

    又因为GMm/R2=mg,所以V=2gR开根号,

    另外,由上式可见脱离速度(第二宇宙速度)恰好等于第一宇宙速度的根号2倍。

    其中g为地球表面的重力加速度,其值为9.8牛顿/千克。地球半径R约为6370千米,从而最终得到地球的脱离速度为11.17千米/秒。)

    地球表面的逃逸速度是11.17km/s。如果你在飞得高一点,那么逃逸速度更低。离地球越远,逃逸速度越低。可以想象,无穷远的时候有一点速度就可以逃逸地球了。

    在环绕的时候达到逃逸速度,无需动力就可以逃逸了。对,要注意方向,冲着地球栽过去达到这个速度是飞不出去的。


    第二坑,速度与加速度混淆。

    人家都说了,一米每秒,也就是每秒移动一米。速度恒定,加速度为0。而地球是有重力的,所以如果垂直向上飞的话,飞船的推力等于其重力。如果飞船重10吨,那么飞船的垂直推力就是100000牛。

    为什么现实中的飞船是斜着飞出去环绕,而不是垂直呢?我继续给大家现场计算。

    我们设计一个简单的环境模型,忽略空气阻力这些难计算的条件,就是飞船重10吨,以10m/s的加速度由火箭助推,环绕地球进入逃逸轨道。另一个是垂直恒速火箭助推飞出地球达到逃逸速度,分别计算对比。

    环绕加速飞出的飞船做功≈1248MJ

    (我开始有点后悔回答这个问题了,算死我了)

    垂直恒速飞上去的飞船能量≈1885MJ

    (别问我怎么算的了,我现在不想说话,感觉好累)

    可见,环绕飞出的节省了一半能量。这就是为什么现在的卫星飞船都是斜着加速进入轨道,而不是保持恒速慢慢升起进入轨道。


    赶紧进入第三个坑,进入轨道失重就是脱离引力的认识误区。

    根据万有引力公式F引=GMm / r²。

    其中G为万有引力常数,M为地球质量,m为卫星质量,r为卫星中心与地球中心的距离。

    由此可知,卫星距离地球越远所受到的引力越小。即使很远很远也有引力。

    那么失重现象是为什么呢?飞机下落的速度等于重力加速度时,飞机上也会出现失重现象。可以这么理解:卫星其实也在“下坠”,可是其下坠的路线正好等于地球弧度垂直方向的分量。幸好因为地球是圆的,它才能一直下坠。

    卫星在轨也是受力的。但是我实在不想给大家演示计算过程了。看图吧。

    了解就行,卫星会受到地球啊、月球啊、地球不圆重力不均匀之类的,吧啦吧啦。我就不细说了。

    总之面对这样类似的问题大家要跳开这俩坑:飞出地球不等于达到逃逸速度;进入轨道失重并不是脱离引力。

    好了就回答到这里吧,我每次回答问题都扯得很远,因为写的少了没人看。

    回答中不足请大家指正。

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