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地球公转速度是子弹的多少倍

时间:2022-01-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,把火箭实际应用于宇宙航行并不容易,人们花了五十多年的时间,才于1959年发射了世界上第一颗人造卫星,才拉开了人类宇宙航行的帷幕。目前的巨型火箭都是多级的,能够以更高的速度把更重的物体送上太空。离心力也就是物体由于惯性的缘故,作圆周运动时产生的一个离开中心的力。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!在这种情况下发射炮弹,看看会发生什么情况。
凡尔纳笔下的射人大炮_遨游太空人类探

我们乘坐的飞机只能在大气层里航行,哪怕是最先进的飞机也飞不出地球去。由于地球的吸引力像一条看不见的绳索,牢牢地拴着地球上的每一个物体,要想挣脱地球的引力绕着地球转圈子,飞机的速度必须达到每秒7.9千米。如果要飞出地球到其他行星去,所需要的速度还要高,要达到每秒11.2千米。目前,飞机最高时速是3523千米,也就是每秒0.98千米,大约只有第一宇宙速度每秒7.9千米的1/8。这种速度是无论如何也飞不出地球去的。那么,什么样的飞行器才能飞出地球去呢?

这个想法其实并不新鲜。早在700多年以前,我国劳动人民就发明了火箭。那时的火箭很简单,在箭杆上绑上一个火药筒,筒里的火药点着了,向后喷出炽热的气体,产生了反作用力,于是火药筒就带着箭向前飞去了。

为什么只有火箭才能进行宇宙航行呢?

我们知道,一般的交通工具都是利用别的物体的反作用力前进的。只有火箭是依靠自己喷出的气体所产生的反作用力前进的。它不用空气助燃,完全可以在真空里飞行。所以,只有火箭才适合作宇宙航行的交通工具。但是,把火箭实际应用于宇宙航行并不容易,人们花了五十多年的时间,才于1959年发射了世界上第一颗人造卫星,才拉开了人类宇宙航行的帷幕。

这是因为需要解决推进剂和火箭速度的问题。推进剂包括燃料和氧化剂。火箭是依靠推进剂燃烧喷出燃气产生反作用力而前进的,因此燃料就必须具有能量高、重量轻、容积小的特点。科学家经过长时间的研究,才找到了液体氢、苯胺以及某些能燃烧的金属等许多新的燃料。与此同时,人们还找到了液氧来做氧化剂助燃。

火箭要达到每秒7.9千米的第一宇宙速度或每秒11.2千米的第二宇宙速度,靠一支火箭是根本不可能的。科学家们进而提出了接力赛的办法,于是多级火箭便诞生了。目前的巨型火箭都是多级的,能够以更高的速度把更重的物体送上太空。

100多年前,法国作家儒勒凡尔纳写了一本科学幻想小说《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米长,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。

乘着炮弹能飞出地球,登上月球吗?不能。往天上打的炮弹就像往上抛的一块石头一样,最后总要落回到地面来,依然摆脱不了地球的引力。

早在17世纪末,英国物理学家牛顿,在前人积累的丰富知识的基础上又进行了长期细致的研究,得出了这样一个结论:任何两个物体的质点都是相互吸引的,引力的大小与两个质点的质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比。这就是大家所熟悉的牛顿万有引力定律。

这就是说,大炮发出的炮弹,弹弓打出的弹丸,都不能无限制地一直向前跑,是因为有60万亿亿吨质量的庞然大物——地球的吸引力,迫使它们落回地面。它们能走的距离的长短,只能决定于用力的大小。

也许你会问:地球既有如此大的吸引力,它会不会把天上的月亮给吸引到地球上来呢?不会的。为什么不会呢?在这儿,我们要谈另外一种力,那就是离心力(指惯性离心力)。离心力也就是物体由于惯性的缘故,作圆周运动时产生的一个离开中心的力。比如说:我们乘坐疾驰的汽车,车拐弯时,人不免会向外倾倒,这就是离心力的作用。

吸引力、离心力,怎样来认识它们呢?你见过钢丝操纵模型飞机吧,当模型飞机环绕着操纵者作圆周运动时,可以看到钢丝被拉得紧紧的,这个拉得很紧的力叫拉力。而这时的模型飞机有一股往外抛的力,实际上这个力就是离心力。旋转的速度增大时,离心力在增大,拉力也在增大,当超过钢丝能承受的限度时,钢丝就会被拉断,这时拉力立刻消失,而模型飞机却因为离心力的作用,以惯性向外飞了出去。

由此可见,月亮绕着地球转,就是因为有着吸引力和离心力之间的相互作用,两者处于平衡状态,所以地球和月亮总是保持着一定的距离在那儿旋转着,地球不会把月亮吸引下来,月亮也不会抛开地球而去。

看来,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l千米,它上升到50千米左右,就开始往下落;炮弹出膛的速度如果是每秒3千米,它上升到490千米,就开始往下落;炮弹出膛的速度如果达到每秒5千米,它只能上升到1 500千米高;炮弹出膛的速度如果达到每秒8千米,它也只能升到6 700千米高。

要是我们能使炮弹出膛的速度达到每秒10千米,它就能升到25 000千米那么高。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外引力的1/25左右。与此同时,炮弹的速度已经减少到零了,它仍旧得往下落回地面。

当然,炮弹离地面越远,地球把它拉回来的引力就越小。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11.2千米的速度射出炮膛。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。

300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1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的距离。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7.9千米,它就绕着地球转圈子,成为地球的卫星。每秒7.9千米就叫做环绕速度,或者叫做第一宇宙速度。人们还知道,使炮弹的速度达到每秒11.2千米,它就永远离开地球,进入宇宙空间。每秒11.2千米就叫做逃逸速度,或者第二宇宙速度。

然而,它脱离的毕竟还只是地球的引力范围,这时,还得把速度再增大,当增大到每秒16.7千米的速度,即第三宇宙速度时,飞行器就能脱离太阳的引力范围,可以飞到其他恒星的世界之中去了。

幻想终归是幻想,实际上,这三个速度,大炮是无论如何也达不到的。那么,用什么办法才能飞出地球的引力范围呢?

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