如果有一個無限長的梯子。那麼人們可以在沒有達到第一宇宙速度的情況下離開地球嗎?

江聰德


目前,載人飛船都是加速到第一宇宙速度(7.9公里/秒),才能離開地球飛上太空,環繞地球運動。如果要完全擺脫地球,不被地球的引力拉回來,太空飛船的速度需要達到第二宇宙速度(11.2公里/秒)。

那麼,為什麼飛離地球需要這麼快的速度呢?如果有一把長度無限的梯子,我們能否沿著梯子爬到太空中,無需達到第一或者第二宇宙速度來離開地球呢?

關於這個問題,需要弄清楚第一和第二宇宙速度究竟是怎麼回事。

想象一下,一枚炮彈被水平發射出去,它的飛行距離會隨著初速度的增加而變遠。如果初速度達到了一個足夠快的速度,炮彈就能環繞地球飛行而不會掉下來。這是因為地球表面是有弧度的,只要飛得足夠快,可以在撞到地球之前越過彎曲的地表。

如果沒有空氣阻力,炮彈就能不斷繞著地球飛行,引力剛好充當了炮彈圓周運動的向心力。根據牛頓力學,可以算出這個速度為7.9公里/秒,這就是第一宇宙速度。但在現實中,地表有稠密的空氣,載人飛船一般要飛到距離地表400公里的太空中,那裡基本上沒有空氣阻力,地心引力較弱,所需的速度會慢一些,大概為7.7公里/秒。

也就是說,如果航天器的速度能夠達到第一宇宙速度,它在太空中繞著地球飛行不需要動力,依靠慣性就能持續運動。同樣地,只要航天器的初速度能夠達到第二宇宙速度,它無需任何動力就能逃離到無窮遠的地方,不會被地球的引力拉回來。

因此,無論是第一宇宙速度,還是第二宇宙速度,都是指無動力情況下的速度。如果有動力,即便飛行器的速度很慢,沒有達到第一宇宙速度,它也能繞著地球飛行,只要能夠克服地心引力就行,例如,速度遠低於第一宇宙速度的普通飛機也可以環球飛行。同樣地,有動力的太空飛船也能慢慢飛出地球,擺脫地球的引力束縛。

如上所述,只要通過某種方法來克服重力,不需要達到宇宙速度也能離開地球。因此,如果有無限長的梯子,我們就可以順著梯子而上,直接去往1億光年外的河外星系都沒有問題。

事實上,關於這種梯子早就有了設想,這就是所謂的太空電梯。太空電梯的一端部署在距離地表大約3.58萬公里的同步軌道上,與地球保持同步自轉。通過太空電梯,往返地球與太空將會變得更加便捷。


火星一號


首先我可以明確的告訴你:如果你的假設真的成立的話,你一定會離開地球。不管是離開狹義上的大氣層,還是廣義上地球引力的影響範圍。只要你能獲得一個持續上升的力,不管速度多慢,最終都能離開地球。其次我要告訴你,你所設想無限長的梯子在上世紀70年代,美國著名的科幻小說家、科幻作家阿瑟·克拉克已經詳細進行過描述,名字就叫:太空電梯!

第一個問題:什麼是第一宇宙速度?答:簡單的說就是你扔一個物體永不落地,圍繞地球做圓周運動的最小速度。

第一宇宙速度也叫環繞速度,是一個物體永不落回地面,圍繞地球做圓周運動的最小速度。這個速度最早由牛頓按照萬有引力公式計算得出,約為7.9千米|每秒,人類就是依靠這個原理髮明瞭人造地球衛星。

第二個問題:為什麼一個物體沒有達到第一宇宙速度仍然可以擺脫地球引力?答:因為第一宇宙速度是一次性獲得的力!

第一宇宙速度包括現代人造地球衛星,都源自牛頓在300年前的一個設想:即牛頓大炮。牛頓設想在一座高山上架一門大炮,在不考慮空氣阻力的情況下,如果這門大炮的威力足夠的大,將這發炮彈的出膛速度加速至7.9千米|每秒,則這發炮彈將永不落地。(如上圖)

為什麼一次性獲得的力就可以擺脫地球?答:因為太空沒有阻力,所以不需要持續加速。在現實中航天器只要不是加速、減速或者姿態調整,根本不需要消耗寶貴的燃料,航天器在飛行中只要依靠慣性就可以持續飛行。

為什麼牛頓大炮不向天空開炮而是平著開炮?答:不需要,因為300多年前牛頓已經知道,因為引力的關係宇宙中事實上根本就不存在所謂的直線飛行。地球上所有的物體哪怕是自己認為向上其實也是弧線,因為地球有引力,地球在自轉、公轉,直衝天空開炮反而會降低炮彈的慣性。

擁有第一宇宙速度的物體擺脫地心引力了嗎?答:沒有,只是因為地球是圓的,牛頓大炮的炮彈之所以不會落地,是因為這發炮彈每秒飛行7.9千米下降的高度,剛好被地表的弧度所抵消。

第三個問題:如果有一個無限長的梯子。那麼人們在沒有達到第一宇宙速度的情況下怎樣離開地球?答:螺旋形上升。

在這種情況下,在你看來或許你是直線的向上(前提是你的梯子鋼性足夠)。但在太空中看,其實你是圍著地球一圈一圈的轉圈呈螺旋形不斷上升,直到離地球足夠的遠,脫離大氣層,徹底擺脫地球引力的影響。

附註:從理論上來說,引力因子的傳輸速度是光速,一個人永遠不可能擺脫地球引力的影響,但引力同時又是衰減的很劇烈的力,所以當到了一定的尺度就很難產生明顯的影響,就可視作擺脫地球引力。同時也請不要用愛因斯坦的時空理論來否定牛頓的理論,在我們目前大部分情況下,牛頓的理論仍可被視作正確。

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深度科幻


“如果有一個無限長的梯子。那麼人們可以在沒有達到第一宇宙速度的情況下離開地球嗎?”當然可以了。

第一宇宙速度

第一宇宙速度又被稱環繞速度,大約為7.9km/s ,那麼為什麼在地球表面的物體運行速度達到第一宇宙速度就不會墜落到地表呢?

在日常生活中,我們都接觸過平拋運動,當我們把一個物體向前拋出時,由於慣性的原因,物體會繼續向前飛行,同時由於地心引力的作用,物體在前進的過程中也會逐漸降低高度,直至墜落到地表,如果我們拋射的速度越快,則物體飛行的距離越遠,弧線越長。

我們知道地球是一個球形的天體,因此平拋運動就存在這樣一種可能:當我們以某種速度拋射物體時,物體由於地心引力的作用逐漸降低高度,其弧線軌跡恰好和地球的弧線相平行,此時這個物體就會一直圍繞地球運行,而不墜落到地表。這個速度經過計算大約需要7.9km/s,也就是第一宇宙速度,當然在這個過程中是忽略掉空氣阻力等影響的。

其實對於第一宇宙速度還有另一種理解方式,我們可以找一條繩子,在繩子的另一端系一個木塊,用手揮動繩子使木塊做圓周運動,在這個過程中,木塊受到繩子的拉力作用所以不會飛走,同時木塊由於離心運動產生的慣性力作用而不會飛向手的方向,由於繩子的拉力與離心慣性力相等,所以木塊可以穩定的旋轉。同樣,第一宇宙速度被稱為環繞速度,其實就是環繞地球的速度,在這個過程中,地心引力就相當於繩子的作用,當地心引力與物體離心運動產生的慣性力相等時,物體當然也就可以穩定的環繞地球運行了,所以由地球對物體的引力F=G*M1M2/(R*R)與物體離心運動產生的慣性力F=mv^2/r相等,可以導出V=√(gR),代入地球的重力加速度g值與地球半徑R值,就可以求出第一宇宙速度值7.9km/s。


達不到第一宇宙速度就一定無法離開地球嗎?

顯然不是這樣的,我們爬樓梯的過程其實就是離開地球的過程,假如我們製造一個通向太空的電梯,我們依然可以搭乘電梯進入太空,而電梯的運行速度完全沒有必要達到7.9km/s。

其實第一宇宙速度,是指物體在慣性運動下環繞地球運動的速度,如果我們向物體持續施加推力,物體完全可以以緩慢的速度逐漸離開地球,只不過這樣做的成本太高了,想象一下,一枚火箭慢慢悠悠的升入太空需要消耗多大規模的燃料,顯然不如使其達到第一宇宙速度,然後自己“溜進”太空。

因此題主所說的利用一個無限長的梯子離開地球進入太空顯然是可以的,這就像爬樓梯一樣,如果這棟大樓能直接建造到太空內,那麼慢慢爬樓梯也是可以爬進太空的。

結語

第一宇宙速度又被稱為環繞速度,在地表飛行的物體達到第一宇宙速度後,物體的下降軌跡正好與地球的弧線軌跡相抵消,因此可以一直環繞地球飛行而不墜落到地球上,當然,在這個過程中物體本身僅僅依靠慣性飛行;如果可以建造一個通入太空的天梯,通過緩慢的爬梯過程,也是可以離開地球進入太空的。

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漫步的小豆子


不行的吧,我小時候也想過這個問題。因為地球是在不停轉動的,你的梯子架在地面,其實也是在跟地球保持同步運動。但是你的梯子足夠高的話,越往上爬,你的轉動速度就越快。如果梯子不夠高,你一鬆手,bia雞,就掉回地球了。除非體系足夠高,脫離地球引力,你離開梯子才算脫離地球,而在這個高度,你的終端速度應該達到或超過第一宇宙速度的。


雩華


僅僅有一個“如果”還是不夠的,人們在爬梯子時需要休息,吃飯,呼吸,也需要抵禦高能射線的傷害,所有的這一切都必須有所保障。如果這一切都滿足了,人們當然可以離開地球,準確地說是離開地球的引力範圍。

理論上地球引力範圍可以延伸到無限遠,不過由於太空中存在其他星球,在遠離地球一定範圍內,地球引力就會與其他星球(比如太陽)的引力取得某種抵消平衡,可以近似地看成引力為零。

最關鍵的一點不在能否離開地球,而在“如何離開地球”。通常情況下,不少人認為必須達到第二宇宙速度才可以離開地球,11.2千米每秒的速度。這是對第二宇宙速度的誤解。這個速度是不需要外力的情況下離開地球的速度,也就是說,只要達到11.2千米每秒的速度,完全不需要額外的動力就可以離開地球。

而只要有足夠的持續外力作用,哪怕是以每秒1米甚至更慢的速度,也可以離開地球。只要相對地球有速度,無論多慢,只要有足夠的外力作用就可以離開地球。但是外力作用必須足夠大,而且必須一致持續著,一旦外力作用停止,物體就會重新被地球引力拉拽回來(假設完美條件,只有地球引力)。

這也是為什麼在發射火箭上太空時速度都會很快,只要達到一定速度就不需要推力也能在太空飛行。這種情況與平時我們騎自行車上坡時的感受是一樣的,上坡前我們都會加速儘量獲得比較高的速度,這樣在上坡的過程中及時不蹬自行車也能很輕鬆爬上坡。當然,你可以選擇上坡前沒有任何加速,也可以上坡,不過需要很大的力量而且必須持續地對自行車施加力量才能上坡!


宇宙探索


最近有網友腦洞大開,提出了"如果有一支無限長的梯子,我們能不能利用這根梯子離開地球"這樣的問題,今天蘋果君就帶大家來看一看,我們能不能實現這個“宏偉”的目標。

梯子製造和搭建過程中會遇到的困難有哪些?

如果我們不去考慮如何製造和組裝這個無限長的梯子需要的時間和技術問題、以及何來如此堅硬的材料使梯子不至於垮塌或者被拉斷。

那也得考慮考慮如何能將梯子搭起來吧!太空中找不到支點,梯子總不能懸在太空中吧!找支點還得考慮一個問題:地球可是在自轉和公轉的呀!

好吧,腦洞開大一點,我們假設能夠找到一個和地球的公轉、自轉速度及方向完全一致的天體,也就是這個天體相對於地球靜止(同步天體),然後我們將梯子搭上去!

下面,就讓我們"整裝出發\

蘋果科學


又是如果。不管什麼只要“如果”的前提能夠達到,結果就會發生。

比如這個題目,如果有一個無限長的梯子,人們可以在沒有達到第一宇宙速度的情況下離開地球嗎?

回答是肯定的。真有一個這樣的梯子,帶著乾糧,爬一段休息一下,就著鹹菜啃幾口饃,接著爬。像愚公移山一樣,子子孫孫沒有窮盡,總有一天能夠爬到地球以外。

這個梯子其實不要無限長,只要有150萬公里。

這是地球的希爾球半徑,地球引力也就在這個半徑以內作用明顯,到了這個半徑臨界點就與太陽引力平衡了,也就不屬於地球的引力勢力範圍了。

這個“如果”還要加上幾個附加條件,就是如果每隔一段梯子,就有一個休息站,那裡有一張床,有舒適的衛浴設施,好好泡個澡,喝幾杯老酒,再美美睡上一覺,第二天起來接著爬。

當然整個過程還要有一個基本的“如果”,就是必須有空氣和氣壓保障。

這樣一直早起早歇,有規律的爬著,拖兒帶女,子子孫孫前赴後繼,有什麼不能夠到達的理由呢?

問題是這些“如果”中最基本的“如果”,就是那個無限長的梯子本來就不存在,也不可能被造出來。

不但是現在的人類,就是未來的人類或者高等級的外星人也做不出來,因為它有悖常識。這個常識是什麼?起碼包括但不限於愛因斯坦的引力場論。

這樣所有的如果就都是放屁了,前提都是烏有,結果當然是扯蛋。

就是這樣,歡迎討論。


時空通訊


產生這個想法,是沒有理解第一宇宙速度的物理定義。

很多時候我們都會說出結果,那就是當物體相對地球達到第一宇宙速度就可以擺脫地球引力。這個結果的前提是不需要再給物體增加反作用力,物體達到第一宇宙速度,可以勻速運動擺脫地球引力。

如果能夠理解引力,那就不會再產生這種奇怪的靠梯子離開地球。

我們在地面起跳,會落回地面,是地球對我們的引力作用。如果我們有能力克服這個作用力,任何速度都能離開地球。梯子只是克服引力的一個方法。


全球搬磚


如果真能有“無限”長的梯子,那麼所有的物理定律大概都得重新定義了!那樣的話什麼宇宙速度都是白扯啦~

你的假設首先打破了一切規矩,然後你又回過頭來討論在這個規矩上的問題,這不是自相矛盾麼?


無肉確實不歡07


玄。如果梯子寬度不為0,厚度也不為0,則體積無窮大,如果密度也不為0,則質量無窮大,大於整個宇宙了,則引力無窮大,人一定會被壓扁,動彈不得,沒法爬梯子了。如果寬度、厚度有一項為0,則梯子沒法制造;如果密度為0,則材料無法找。只要把這幾個“如果”解決了,我看行。


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