怎样才能飞出地球?
不论你把足球踢多高,它总是要落回地面的。飞向几公里高的炮弹,最后也是要落到地球上来。踢向上空的足球、射往高空的炮弹,为什么不能一直飞向高空离开地球?原来地球周围的物体都受到地球引力的作用,跑不出它的引力范围。
人造卫星、航天飞船为什么能环绕地球运转,而长久不落下来? 为了说明这个问题,先让我们做一个简单的实验:你可以在绳子的一头系上一个重的东西,另一头拿在手中,甩动绳子作圆周运动时,手上会感到有一个力在向外拉,速度越大,力越大,这个力就叫做离心力。绳子拉住重物使它作圆周运动的力叫做向心力。离心力和向心力大小相等,方向相反,作用在两个物体上。一切作圆周运动的物体都要受到向心力的作用。人造卫星绕地球运动所需要的向心力是由地球引力产生的。如果人造卫星运转的速度小,需要的向心力不大,那么地球引力不仅迫使它绕地球运转,而且干脆就把它拉回地面了。只有当人造卫星以很大的速度绕地球运转,使由地球引力供给的向心力,完全用来作圆周运动,那么人造卫星就不会掉下来了。根据科学的计算,人造卫星所需要的这个速度是每秒钟7.9公里,并且以水平方向抛出去,就能使人造卫星环绕地球运转。这个速度叫环绕速度,也叫第一宇宙速度。如果小于这个速度,它就会被地球引力拉回来。不过人造卫星受到地球外围稀薄空气的阻力,速度会
渐渐减慢,最后坠入稠密的大气层,受到空气摩擦,发生高热,就要烧毁。如果以每秒11.2公里的速度飞上天,就可以克服地球的引力,成为围绕太阳运行的人造行星,或者飞向太阳系的其他星球上去。每秒11.2公里的速度,是物体能够脱离地球的速度,所以叫脱离速度,也叫第二宇宙速度。如果要飞离太阳系,到其他恒星世界去,那么速度必须达到每秒钟16.7公里。这个速度叫第三字宙速度。
为什么发射行星际火箭要顺着地球自转方向?
大家都看过运动会吧!也有不少人自己就是运动员。
不论是观众也好,运动员也好,都知道跳远先要跑一段路,投标枪也要先跑一段路。至于赛跑的人,在到达终点以后,总会冲出许多步路去。这是因为有一种惯性把身体向前推去,要是脚突然停住,准会摔倒。跳远和投标枪,也是利用了这一惯性,使比静立着跳得更远,投得更远。
我们有一句话叫做“逆水行舟”,表示事情不容易,要用力量去克服;也有一句话,叫做“顺水推舟”,意思和前一句相反。舟是一样的,一个“逆水”,一个“顺水”,人们所花的力量却不同了。比如一只船在静水里航行,每小时能走5公里,如果换在流速为每小时5公里的水里,那就发生两种不同的情况了:逆水时,这只船老是呆在原地上,仿佛下了锚似的;顺水时,却一溜而下,速度快到每小时10公里。
发射行星际火箭之所以要顺着地球自转的方向,道理正跟跳远、投标枪、顺水行舟一样,就是要借一股外力,这股外力不是别的,是地球自转的速度。
地球由西向东自转,这是大家知道的,可是究竞转得多快,又有多少力可以借呢?地球自转的线速度并不是全球各点都一样的,越近南北极,线速度越慢;越近赤道,线速度越快,这就跟唱片在留声机上转动一样,同样转一周,外圈跑的路长,里圈跑的路短。在南北极的中心点上,速度几乎等于0,可是在赤道上,线速度竟快到每秒465米。所以只要不是在两极的中心点上,地球各处都有一点地球自转的外力可借。
例如,要使火简在地球外围飞行不落到地球上来,那就需要使火箭达到每秒7.9公里的第一宇宙速度;要使它成为人造行星,就需要每秒11.2公里的第二宇宙速度。要达到这样的速度,当然首先要依靠火箭本身的推力,可是如果火箭在赤道上发射,那么因为有每秒465米速度的外力可借,火箭的推力略为小一点点,问题也还不大。纬度越高,能借的外力越小。
当然,如果发射火箭的推力大到足够的程度时,就不一定要借用地球自转的外力了,人们尽可以按照需要向任何一个方向发射,犹如有了马力强大的发动机的船只,即使在逆水里航行,也可以有很快的速度一样。
不过话说回来,既然有着一定外力可借,而在一般情况下,借用外力又有利无弊,无论从科学上、经济上来考虑,都是不应该忽略的,所以即使有了威力强大的火箭,合理的发射方向依然是顺着地球自转的方向。
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