我以每秒一米的速度升空,最终能离开地球进入太空吗?

八零后丶一場夢


其实这个问题仔细想想,挺有意思的。



首先我们来看看什么是太空?国际航空联合会定义大气层和太空的分界线,叫做卡门线,卡门线外就叫做太空,卡门线的高度为100km。也就是说,我们这道题的目标就是100km。

既然题目已经给了条件,每秒一米的速度升空,妈妈这道题就变成了一道简单的匀速直线运动的问题,100000m÷1m/s=100000s=27.77h,也就是说,以每秒一米的速度升空,不仅可以到达太空,而且用时,是27.77小时。

当然,这道问题回答到这儿还不算完,我更感兴趣的是其他一些方面。 比如,每秒一米的速度是怎么得到的? 有两种途径可供选择,一是走科学路线,二是走科幻路线。 首先科学路线,科学路线可提供的方法有,气球,螺旋桨,燃料推进器等。可以看出,实验者是保持一个匀速直线运动的,匀速直线运动就代表着它受的合力为零,我们来做个受力分析,物体所受的竖直向下的力一是重力,一是空气阻力,向上的力是空气的浮力,而显然仅靠浮力是不足以一直维持竖直向上的速度的,那么在这里气球的方案就排除了。而我们知道,空气越高越稀薄,想飞的越高,螺旋桨就能转得越快,而到了一定高度,螺旋桨转得再快,也无法升高了,这个高度离太空还远。


再来看看推进器,这是一个好主意,喷气式飞机,火箭都是用的这种方法。只不过呢,要想克服你的重力,并且让你达到一米每秒的速度,这个就难了,燃料的用量必须能支撑27.77个小时。 要是科幻的话,那选择就多了,咱们就开脑洞吧,比如反重力装置,太空隧道,钢铁侠装甲当然,我最喜欢的一个方案是比较偏武侠的。武当有一门功夫叫做梯云纵,他就是左脚踩右脚,然后右脚踩左脚,只要体力充沛,就能不断借力往上走。
当然首先这事肯定不科学,因为不符合牛顿力学,但是毕竟挺好玩的,你可以脑补这么一个画面,张无忌纵身一跃,使出武当绝学梯云纵,过了一日有余,突破了大气层,进入了地球同步轨道,成为了一颗卫星😎


蛋圈一科


答:哈哈,看了下面的答案,没想到“炸”出好多物理“小白“,可以肯定地回答:如果你以1m/s相对于地球的恒定速度飞向太空,你不仅可以飞出地球,而且飞出太阳系,飞出银河系都没有问题。


而且和各个宇宙速度一点关系都没有,你只要以1m/s,哪怕是1cm/s都行,然后肯定会飞向太空,完全不必考虑宇宙速度。因为这时候的宇宙速度,对你的飞行方式没有任何指导意义!

那么为什么不需要考虑宇宙速度呢?

那是因为你的运动,不是靠着惯性飞向的,你需要时时刻刻消耗燃料!宇宙速度说的是接下来靠着惯性飞行的最小速度!



题设以1m/s的匀速速度运动飞向太空,根据相对运动,x秒后距离地球x米,只要有足够的时间,你要飞多远都行!!!

你的速度相对于地球永远是1m/s,在地球附近是1m/s,在150km处也是1m/s,根本不需要考虑各种宇宙速度,也不需要达到哪个宇宙速度,因为你的速度永远是1m/s。

但是也决定了,你不可能凭借惯性,在地球近地轨道附近,绕着地球做圆周运动。

但是理论上存在一个轨道,可以让你以1m/s的速度,围绕地球做圆周运动,可能在几千万公里之外,那时候其他天体的引力已经不能忽略了!


宇宙速度

这里,很多人对宇宙速度存在误解,而且还是非常大的误解:

第一宇宙速度:物体围绕地球附近,作匀速圆周运动的速度,v1=7.9km/s,重点是“地球附近”;

第二宇宙速度:物体从地球表面发射,脱离地球引力场的最低速度,v2=11.2km/s;

第三宇宙速度:从地球表面发射物体,能脱离太阳引力的最低速度,v3=16.7km/s;

第四宇宙速度:脱离银河系引力的速度,v4=110~120km/s;

其中,我要说的是第三宇宙速度v3=16.7km/s,一个常识地球围绕太阳运转的速度为29.8km/s,已经远远超过了第三宇宙速度16.7km/s,那么为什么地球没有飞出太阳系呢?



那是因为,我们在计算第三宇宙速度时,把地球的自转速度考虑了进去,借助地球的公转,大大降低了实际的逃逸速度。

如果不借助地球的公转,地球轨道处的逃逸速度为42.2km/s,所以地球不可能逃出太阳系。


对于地面附近的第一宇宙速度为7.9km/s,再往上升高,比如150km处的卫星,只需7.8km/s。



当该轨道上的航天器,达到第二宇宙速度后,就可以完全凭借惯性飞出太阳系,如果速度刚好是11.2km/s,那么航天器在单独引力下飞行,飞到无穷远后速度接近零,这就是第二宇宙的意义!



(1)实际过程中,我们不会使用匀速飞行的方式,因为引力的变化随着距离的二次方成反比,意味着你要以复杂的能量输出来抵抗引力,才能达到匀速,这种方式是不可取的。


(2)简单的做法,是我们只需要最先给航天器一个较大初速度,以后进行修正和调整即可,这时候看的就是宇宙速度。

如果你要绕地球飞行,就要达到第一宇宙速度;你要飞出地球,就压达到第二宇宙速度;你要飞出太阳系,就要达到第三宇宙速度;当速度达到之后,剩下的靠着惯性飞行就行,无需继续注入额外加速的燃料,当然你要留一点燃料来进行轨道修正等等。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


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。

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。


蛋科夫斯基


上面的回答不敢苟同,要逃逸地球必须达到第一宇宙速度。

地球有引力,所以会对表面的物体产生一个向内的力,有一个很简单的例子,你原地起跳,可以看成是短时间内的向上加速运动,但相同时间内这需要的能量比你提问的一秒每米的恒定上升力需要的能量大很多。你猛的一跳都跳不出去,更何况一米每秒的速度呢?

地球本身有引力,如果你匀速向上(要保持一米每秒匀速提升这个推力做功会越来越大),那最终的结果是在某一高度你的上升力和引力和向心力平衡,然后被地球“捕获”,成为地球的“卫星”。这时有一个临界“层”,如果你想继续保持向上的一米每秒,那这时你就必须加速突破第一宇宙速度,如果成功则离开地面进入太空(当然此时你的速度已经不是一米每秒了,而是第一宇宙速度),如果你继续保持向外逃逸,那你的速度将会被动的提升为第二、第三宇宙速度以至于更高。当然还有一种情况,如果你的上升力有限,那你会被地球引力拉回地面。

至于上面回答说一米每秒时间足够就能突破宇宙达到永恒的就更不敢苟同了。我们现在的宇宙是保持的膨胀的,膨胀的速度远远超过一秒每秒,所以一秒每秒的速度是不可能达到宇宙的边缘的。


科学三人行


当然可以啦。题主给的条件相当强大,不要说离开地球了,偌大的宇宙,你想去哪就去哪,根本无视引力(不考虑广义相对论),就是速度慢了点。


可能有人想不通,中学物理不是告诉我们:绕地球飞行速度至少7.9千米每秒,脱离地球引力控制至少11.2千米每秒。而现在速度才1米每秒,怎么就能飞出地球呢?

分两点解释:

这里的7.9km/s、11.2km/s(也就是第一、二宇宙速度),其实是指瞬时速度。只要航天器在地面发射时速度达到这个数值(仅考虑引力),之后就不再需要动力了,而且能达到绕地或者脱离地球引力的目的。


再来看题主给的条件,以每秒一米的速度升空,很显然这是一个持续恒定的过程,由于引力的存在,需要不断的输出动力来保持速度稳定

但这个条件强大就强大在这,因为它只要保持输出动力和阻力平衡即可,且默认了动力能源无限多这一条件。

因此无论是多么强的引力,它只管每秒一米,慢慢的往上爬就行,总会爬上去的。



期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


这个是肯定的。或许你会说,不是说要速度达到7.9千米才能离开地球吗?

这是所谓的第一宇宙速度,指的是物体无需动力,依靠惯性就可以不被地球引力拉回来的速度,也叫环绕速度,7.9km/s。

那是不是我说每秒一米可以进入太空就否定了科学家提出的第一宇宙速度。不是,题目中的上升和第一宇宙速度是离开地球是两个概念。但是有一个共同点。都是需要一个可以对抗引力的力存在。只要是离开地面,必然抵消了地球对它的重力作用。

也许有人会说,飞机会飞为什么不飞出太空? 其实不然,飞机飞不出太空不是它飞不出去,而是因为一些原因,由于现在民航客机和战斗机,直升机等飞行是依靠空气为介质的,而太空则没有介质。所以飞机不能飞上太空。即便是飞到了很高很高的边缘,也会因为空气密度不足而升级不足导致失速。


除非专门用来航天的飞机,比如美国的奋进者号等就能出去了。

第一宇宙速度已经说了,是不需要动力,直接靠惯性就可以不被地球引力拉回来的速度。是个匀速绕地球表面运动的速度。(真空几乎没有摩擦阻力,速度基本可以一直保持)。第一宇宙速度克服引力的力叫做离心力(虚拟),由做快速运动产生。速度越来离心力越大。


而每秒一米离开却显然离心力在这里就不起作用了。只要有源源不断的推进力提供抵抗地球引力的力。它也是能离开地球的。小说《三体》里称为低速航天。

地球上的东西只要再大气层以内的东西。由于空气摩擦阻力等因素。如果没有额外的作用力,哪怕达到第一宇宙速度也会最终在阻力作用下减速,从而达不到逃逸速度掉落。

当你弹跳时,你并没有达到每秒7.9千米,为何你还是离开了地面,原因就在于弹跳时产生的弹力(升力)暂时抵消了地球重力,但有限的在抵消地球重力的同时弹力由于后续不足,不足以对抗重力,所以人又会被引力拉回地面。



找个太空点固定,如果能够有足够长的绳子放到地球,足够体力不眠不休,不吃不喝也无视真空,每秒一米,我不相信人拉不进太空。(假设)


良良引力波


相信看完这个回答,你一定会大吃一斤!(惊)

同时,实名反对最高票的那个答案!(当然那个答案中的推导什么的都是对的,也让我省力了很多不用写那么多推导了!)


看到这个问题,这是我最初的想法:

这个问题竟然有这么多人回答!
但是考虑到作为老师这么久,回答过不计其数的比这个更幼稚、更无语的问题了,所以还是凑个热闹,说两句吧。(谁让咱是物理老师呢?)

但是,在我仔细看了题目之后,我发现这个题目并没有想象中的简单!

有时候,看似简单的问题,你要考虑这个问题产生的原因,而不是直接嘲笑提问者脑子瓦特了!


这个问题可以拆分为3个问题:

问题1.如果以"一定的速度"一直运动,向"有限距离的目标"移动,最终会不会达到目标呢?

问题2.如果以“一定的速度”

出发,向"有限距离的目标"移动,最终会不会达到目标呢?

问题3.以上两个问题的结果和“目标”的位置有关么?


一定有人会说:你把简单问题复杂化了!

NoNoNo!作为一个“耐心”的物理老师,以我多年的“答疑解惑”之经验,建议您仔细读一读题目,然后思考:“升空”到底是出发的意思呢、还是一直上升的意思呢?


如果是“一直上升”的意思,那么就对应问题1了。这也是很多人嘲笑提问者的原因了吧?

当然,我觉得提问者的意思应该是和问题2相同。


(真正把简单问题复杂化是最高票的那个回答!)

那么就要牵扯到宇宙速度的计算上了!


因为如果问题改为:

我以每秒1000米的速度升空,最终能离开地球进入太空吗?

或是改为

我以每秒多少米的速度升空,最终才能离开地球进入太空?

是不是很多人就回答不上来了?


当然,还是有很多人能回答的上来:让我们打开百度,输入:宇宙速度,回车。然后会找到三个宇宙速度:(剔除了推导过程后)
第一宇宙速度
人造卫星围绕地球表面作圆周运动时的速度。当卫星速度超过第一宇宙速度时,轨道变为椭圆形;速度愈大,椭率也就愈大。

第二宇宙速度
航天器脱离地球引力场所需的最低速度。第三宇宙速度
航天器脱离太阳引力场所需的最低速度。


由于1米每秒(或者1000米每秒)小于第一宇宙速度,所以不会离开地球,最终一定还会落地!

当你的升空速度达到第二宇宙速度11.2千米每秒时,你才会离开最终脱离地球!

当然,进入太空并不需要这么高的速度,但是要超过第一宇宙速度。


明白了么?


为什么会有第三个问题

为了搞清楚提问者和大多数的网友们所犯的逻辑错误,所以提出了第三个问题。

如果是水平无摩擦运动,问题1和问题2的回答都是,可以!

(注意:这里为什么要加上无摩擦这个条件而且是合理的呢?因为在计算宇宙速度时,其实我们就没有考虑摩擦,嘻嘻。)

如果是在地球竖直上向上运动,不可以!


这本质上是受力和能量决定了答案。


最后开个脑洞:

由于月球对地球上物体的吸引力是地球吸引力低大概6个数量级,所以如果有一天,月球和地球之间的距离缩小1000倍,地球和月球中心连线的人就可以以1米每秒的速度出发,达到月球了!运动过程中,不需要额外的动力了!


还敢嘲笑别人么?



更多靠谱回答,请点关注,谢谢支持。


苏格爸的奇妙物理


简单回答,如果你可以做到,你就可以离开地球进入太空,不要说地球,你甚至可以到达宇宙的边缘(假设存在且宇宙没有膨胀)!但问题是你能做到吗?

理论上确实可以做到,前提是需要非常非常多的能量,这意味着你必须携带非常多的燃料来推动你匀速上升,如此这般就进入了一个恶性循环,因为你的速度很慢,要想持续长时间地上升,必须携带大量燃料驱动,而大量的燃料反过来也需要能量摆脱地球引力!

楼主所说的匀速上升,而且速度只有1米/秒,给人一种错觉,看起来很容易做到,实际上太难了。想象一下,你把一个100斤重的人以1米/秒的速度举起来需要多少能量,然后还要一直保持这个动作,持续给施加能量!

说到这里,有必要提一下地球逃逸速度,与楼主所说的1米/秒匀速上升完全不同。逃逸速度是说达到一定的速度后不用再施加动力就可以逃逸,而楼主所说的必须持续施加能量,而且一但没有了能量来源,理论无论你距离地球多远,一旦你停下来,你仍旧会被地球的引力捕获(不考虑其他力量,只考虑地球引力)!

而火箭的发射方式是最好的说明,为何火箭发射从来不是一直垂直的发射升空,而是有一定的弧度?因为很明显,斜着发射更节省能量,更容易达到逃逸速度,一旦达到这个速度,就不要动力输出了!


宇宙探索


我以每秒一米的速度升空,最终能离开地球进入太空吗?

即使你以0.5M的速度升空,只要时间够久,肯定能进入太空!似乎看起来这个速度与第一宇宙速度7.9KM/S相差的可不是一星半点,但是它依然可以进入太空,这是为何....?

三个宇宙速度,第一宇宙速度即为7.9KM/S

一、第一宇宙速度的计算方式,您从中看出门道来了吗?这个速度是圆周运动的离心力与重力对抗,最终离心力大于重力获得逃逸出地球的机会!

二、然后从地球表面垂直上升的完全就是直接对抗重力,那么只要物体能继续上升,即认为推力是大于重力的,如果继续保持,那么最终将会脱离大气层的范围进入太空。

那么我们发射火箭时为何要沿着地球圆周而且是顺着自转方向发射呢?直接升空不是更好吗?此言差矣,主要是我们的火箭不行,初始阶段采用直升的方式是尽快脱离低层大气的巨大阻力,进入中高空后会沿着地球自转方向逐渐倾斜向上的轨迹,叠加地球自转的速度,获得额外的加成节省燃料!

地面发射的火箭轨迹

从太空看到的发射轨迹,一般发射方向就是向东。

看明白是怎么回事了吗?完全是因为我们的火箭不行,无法一飞冲天,非得以绕圈圈的方式出去,性能上存在差距,只能退而求其次啊.....


星辰大海路上的种花家


人类不能随心所欲的进入太空的阻碍是什么?一是引力,二是大气。

第一,引力的作用

一般情况下,人类不仅不能进入太空,甚至不能像袋鼠一样跳到几米高,像小鸟一样在天空中飞翔。在地球的引力的作用下,我们人类像是被“吸”在地上,可以跳跃,可以奔跑,却不能双脚脱离地面太久。对于人造卫星或宇宙飞船,只有它们的速度达到一定数值,地球对它们的吸引力等于其所需要的向心力,他们才能绕地球做匀速圆周运动,只有它们的速度大到地球对其的引力无法提供向心力时,它们才会脱离引力的束缚飞向太空。因此人类要是想要进入太空,一定要脱离引力的束缚。

但是在题目中的假设下,“我”以每秒一米的速度升空,虽然以现在的科技来说,还不能实现,但是如果以这样的速度升空,如果有一个或几个力在垂直方向上与重力大小相等,方向相反,从某些角度看,引力确实被“抵消”了。引力的问题也就解决了。

第二,大气的问题

我们知道,从地球垂直向上,越往上大气越稀薄。由于肺部吸收氧气需要有压力,但是高空气压比低空要低很多,即使氧气足够,人也会觉得呼吸困难。这也是为什么宇航员在太空中要穿

设计精良的宇航服,不然很难再太空中呼吸。

引力的问题解决了,如果能再解决这个问题,那么人以一米每秒的速度升空,确实是能进入太空的。


分享到:


相關文章: