八零后丶一場夢
以每秒一米的速度升空,这句话可以有两种理解:
一、初速度是一米每秒,之后没有受到推力作用。
这种情况显然不可能进入太空,不受推力的情况下,速度必须达到第一宇宙速度即7.9km/s时,才可以摆脱地球引力进入太空。
二、持续提供推力保持速度是1m/s
这种情况毋庸置疑可以进入太空,别看升空的速度很慢,但是却是实实在在的高度在升高,总有一天会达到太空的高度。注意,这种情况就不能用第一宇宙速度来衡量了,因为第一宇宙速度是在没有持续提供推力的情况下,航天器需要如果进入太空所需要的最低初速度。这里一直提供推力克服重力,所以不适用比对第一宇宙速度。
我们人造地球卫星的最低轨道是100km,如果真以1m/s的速度升空,大概需要28个小时才能够入轨,可以说慢的无敌了。
科学探秘频道
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
这个问题我之前回答过,以1米每秒的速度升空,不仅可以飞出地球还能飞出银河系。很多人肯定不服了,中学时候学过的第一宇宙速度和第二宇宙速度那岂不是白学了?所谓的第一宇宙速度是在飞行的时候没有提供持续动力的情况下,假如现在我用力踢一脚足球,这个足球以7.9千米每秒的速度越飞越高,越飞越远,那么这个足球是可以围绕地球飞行的,这个第一宇宙速度就是最小的发射速度,在这个过程中是没有发动机给足球提供动力,这种情况下才是我们所学过的7.9千米每秒的第一宇宙速度才能飞离地球表面。而现在假设有一种新型的航天发动机,这种发动机可以抵消地球在各个高度上的引力和空气阻力之和。我们利用高中的力学知识就可以知 道。一共只有三个力,第一个是万有引力,万有引力使得航天器升空的时候做曲线运动,还是做匀速圆周运动航天器的向心力,还是物体所受到的重力,第二个就是空气的阻力,不管这个航天器在上升过程中是做曲线运动也好,圆周运动也好,都是由这两种力的合力的情况决定的。那么现在这种新型的发动机装置可以抵消引力和阻力,那么相当于三力平衡了,合力为0。这个时候航天器以1米每秒的速度匀速向上升空逐渐飞离地球,是完全没有任何问题!飞离银河系都没有问题。
在这个问题之下,航天器燃料减少自身的质量降低,还有不同高度的万有引力不一样,还有空气阻力也会不一样,我们都把这种问题视为被发动机平衡了,大家也别转牛角尖说燃料不够用。
所以说,并非要多快的速度才能飞离地球,蜗牛般的速度都是没问题的,前提是要有持续动力的情况下,而我们高中所学的第一宇宙速度第二宇宙速度是在没有持续提供动力的情况下,只给你一个初速度,这种情况下当然是必须要达到7.9千米每秒,11.2千米每秒才可以摆脱引力或者向别的星球飞去。大家在理解第一宇宙速度的时候要真正明白它的意思,第一宇宙速度的定义在教课书上写的很清楚了,但是背后暗含的条件和情况在教课书上是没有的,需要自己去领悟。
在分析这个问题的时候我特意用力学来解释问题,因为三力平衡合力为0是非常好理解的。如果还没有理解的朋友,我这里从能量的角度来解释,这种解释办法最大的好处就是可以不用讨论中间的过程,直接看头尾的状态。
假设航天器可以以1米每秒速度飞离地球,发动机燃料的化学能转变成上升的重力势能和摩擦力产生的热能,还有速度为1米每秒的动能,这完全是可以做到的,一点也不违背任何定律!
科学薛定谔的猫
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
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。
镁客网
从这个问题下的许多回答来看,的确很多人没有理解到底“第一宇宙速度”、“第二宇宙速度”等概念到底是什么意思。因此许多人断言说由于每秒一米的速度太小,远没有达到第一宇宙速度,因此没有办法离开地球。这是对基础物理概念的极大误解。所以首先我们来解释一下所谓的“第一宇宙速度”、“第二宇宙速度”等概念真正的含义是什么。
我们知道,简单地来说,地球与物体之间有万有引力的作用,因此我们向上空抛出一个物体,比如用手向上抛出一个球体,假设抛出的一刻初速度为速度1,那么从抛出的这一刻起,球虽然在向上运动,但是运动的速度是逐渐降低的。若是初速度不是很快,那么过不了多久,球上升的速度就会下降为零,然后反向落回地面。而万有引力的值是随着物体间距离的增加而降低的,因此我们可以假设,若是初速度足够快,那么球体是可以一直向前运动,从而摆脱地球的。因此我们就把这个临界的速度称为所谓的“第一宇宙速度”,即若是物体初速度超过了这个值,就能够摆脱地球。
那么这个地方说的初速度和题目中的每秒一米的速度是一回事吗?显然这不是一回事。因为抛球的时候球的速度在加速结束后一直在减速,但是这个地方说到的速度每秒一米却完全不变,所以完全不能够以第一宇宙速度的方式来回答这个题目。按照题目所说的,题主当然能够离开地球,离开太阳系甚至离开银河系,只是时间问题……
看风景的蜗牛君
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
低速航天是完全可行的,如果一个人能一直保持1m/s的速度不变,那么只要他时间足够,完全可以飞到宇宙的任何地方。
我们都知道火箭要想离开地球进入太空需要的最小速度是7.9km/s,但低于这个速度并不意味着就无法飞出地球。其实火箭上天和我们平常人骑自行车一样,我们骑自行车如果想上一个非常陡峭的坡,那么最省力的办法就是从很远的地方开始加速,最终凭借加速度一鼓作气冲上去,火箭升天的原理跟这个也差不多。
但是如果一个人足够强壮,那么他完全可以不从远处加速,直接靠着蛮力硬生生的爬坡,很明显这样虽然也能上去,但是需要的力气要比之前的方法大的多,而且在爬坡途中要一直保持这个功率。
由此我们可以知道,一个人如果真的能以1m/s的速度匀速上升,那么他肯定能飞出地球,但是需要稳定并且持续的能量来进行,远没有火箭直接达到高速后冲出地球省力。
我们常说的逃逸速度是指火箭达到这个速度后不用再增大功率就能飞出地球,类似于我们从远处加速后不用再蹬自行车就能冲上陡坡一样,而火箭如果对自己的推力和能源足够有信心,那么也能以1m/s的速度飞地球。
宇宙探索未解之迷
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:
①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。
②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。
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赛先生科普
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。