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物理:向地球引力宣战
作者:未知    文章来源:转载    点击数:    更新时间:2006-4-9

导读:

    中国陆续发射了神州系列太空探测器。实际上,太空探测器发射成功的一个关键技术问题就是克服地球引力的问题。这篇文章就清楚明了地向教师朋友们介绍了人类向地球引力宣战的过程。物理老师可以借以向您的学生介绍一些有关地球引力的课外知识,其他科目的老师则可以开阔视野,以博一乐。

一百多年前,法国作家儒勒·凡尔纳写了一本科学幻想小说叫《从地球到月球》。小说中说:美国有个俱乐部,造了一门巨型大炮,炮筒有300长,炮弹的弹壳有30厘米厚。炮弹里坐着三个人。轰的一炮,炮弹就把这三个人送到了月球上。 

  乘炮弹去月球,实际上是办不到的。往天上打的炮弹就像往上抛的一块石头一样,最后总要落回地面来,它们都摆脱不了地球的引力。

  要想飞出地球去,就得向地球的引力宣战!如果我们有一门凡尔纳设想的大炮。我们把炮口向上,直对着天空,装上炮弹,开炮!炮弹出膛的速度如果是每秒1公里,它上升到50公里左右,就开始往下落;每秒3公里,它上升到490公里,就开始往下落;每秒5公里,它只能上升到1500公里;到每秒8公里,它也只能升到6700公里高!假如我们能使炮弹出膛的速度达到每秒10公里,这时候,它离开地面已经很远,地球对它的引力已经减弱到地面上的二十五分之一左右。但是同时,炮弹的速度已经减少到零了,它们仍得往回落向地面。

  当然,炮弹离地面越远,把它拉回来的力量就越小。要使炮弹跑得更远,就得使它有更高的速度。假如不计算空气的阻力,要让炮弹彻底战胜地球的引力,我们必须使炮弹以每秒11.2公里的速度射出炮膛。达到了这样高的速度,炮弹就完全摆脱了地球的引力,飞向太空,一去不复返了。

现在我们把炮筒转过90度,让它和地面平行。在这种情况下发射炮弹,看看会发生什么情况。

三百年前,英国科学家牛顿在一本书里写道:如果在山顶上架一门大炮,用火药的力量把一颗炮弹沿水平方向射出去,炮弹在落地以前,就会沿着一条曲线飞过一段距离。假定没有空气阻力,我们使炮弹的速度增加一倍,它飞行的距离差不多也增加一倍;如果速度增加10倍,飞行的距离也会增加10倍。只要增加速度,就可以任意增加飞行距离。因此只要速度加大到一定程度,就可以使炮弹绕着地球转,甚至飞入宇宙空间。

牛顿的设想是很有道理的。现在人们已经知道,使炮弹的速度达到每秒7.9公里,它就会绕着地球转圈子,成为地球的卫星。每秒7.9公里就叫做环绕速度,或者第一宇宙速度。人们还知道,使炮弹的速度达到每秒11.2公里,它就永远离开地球,进入宇宙空间。每秒11.2公里就叫做逃逸速度,或者第二宇宙速度。

  然而,它脱离的毕竟还是地球的引力范围,这时,还得把速度再增大,当增大到每秒16.7公里的速度,即第三宇宙速度时,飞行器就能脱离太阳的引力范围,可以飞到其他恒星世界之中去了。

 

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