我以每秒一米的速度升空,最終能離開地球進入太空嗎?

八零後丶一場夢

答:哈哈,看了下面的答案,沒想到“炸”出好多物理“小白“,可以肯定地回答:如果你以1m/s相對於地球的恆定速度飛向太空,你不僅可以飛出地球,而且飛出太陽系,飛出銀河系都沒有問題。


而且和各個宇宙速度一點關係都沒有,你只要以1m/s,哪怕是1cm/s都行,然後肯定會飛向太空,完全不必考慮宇宙速度。因為這時候的宇宙速度,對你的飛行方式沒有任何指導意義!

那麼為什麼不需要考慮宇宙速度呢?

那是因為你的運動,不是靠著慣性飛向的,你需要時時刻刻消耗燃料!宇宙速度說的是接下來靠著慣性飛行的最小速度!



題設以1m/s的勻速速度運動飛向太空,根據相對運動,x秒後距離地球x米,只要有足夠的時間,你要飛多遠都行!!!

你的速度相對於地球永遠是1m/s,在地球附近是1m/s,在150km處也是1m/s,根本不需要考慮各種宇宙速度,也不需要達到哪個宇宙速度,因為你的速度永遠是1m/s。

但是也決定了,你不可能憑藉慣性,在地球近地軌道附近,繞著地球做圓周運動。

但是理論上存在一個軌道,可以讓你以1m/s的速度,圍繞地球做圓周運動,可能在幾千萬公里之外,那時候其他天體的引力已經不能忽略了!


宇宙速度

這裡,很多人對宇宙速度存在誤解,而且還是非常大的誤解:

第一宇宙速度:物體圍繞地球附近,作勻速圓周運動的速度,v1=7.9km/s,重點是“地球附近”;

第二宇宙速度:物體從地球表面發射,脫離地球引力場的最低速度,v2=11.2km/s;

第三宇宙速度:從地球表面發射物體,能脫離太陽引力的最低速度,v3=16.7km/s;

第四宇宙速度:脫離銀河系引力的速度,v4=110~120km/s;

其中,我要說的是第三宇宙速度v3=16.7km/s,一個常識地球圍繞太陽運轉的速度為29.8km/s,已經遠遠超過了第三宇宙速度16.7km/s,那麼為什麼地球沒有飛出太陽系呢?



那是因為,我們在計算第三宇宙速度時,把地球的自轉速度考慮了進去,藉助地球的公轉,大大降低了實際的逃逸速度。

如果不借助地球的公轉,地球軌道處的逃逸速度為42.2km/s,所以地球不可能逃出太陽系。


對於地面附近的第一宇宙速度為7.9km/s,再往上升高,比如150km處的衛星,只需7.8km/s。



當該軌道上的航天器,達到第二宇宙速度後,就可以完全憑藉慣性飛出太陽系,如果速度剛好是11.2km/s,那麼航天器在單獨引力下飛行,飛到無窮遠後速度接近零,這就是第二宇宙的意義!



(1)實際過程中,我們不會使用勻速飛行的方式,因為引力的變化隨著距離的二次方成反比,意味著你要以複雜的能量輸出來抵抗引力,才能達到勻速,這種方式是不可取的。


(2)簡單的做法,是我們只需要最先給航天器一個較大初速度,以後進行修正和調整即可,這時候看的就是宇宙速度。

如果你要繞地球飛行,就要達到第一宇宙速度;你要飛出地球,就壓達到第二宇宙速度;你要飛出太陽系,就要達到第三宇宙速度;當速度達到之後,剩下的靠著慣性飛行就行,無需繼續注入額外加速的燃料,當然你要留一點燃料來進行軌道修正等等。



艾伯史密斯

這個問題挺好,能炸出很多鍵盤俠。我就很願意回答這樣的問題。

首先回答是:能。不僅能飛出地球,還能飛出太陽系,銀河系。因為題幹確定了一米每秒為速度。所以一米每秒連黑洞都可以逃出。你問題已經自己回答了。

這個問題說白了就是,你如果產生位移,那你的位置會變化嗎?這就是個坑啊各位,位移的定義就是表示物體(質點)的位置變化。

如果大家認同,那麼看到這裡該明白的也就明白了,可以換下一題了。不明白的請繼續往下看,科普時間到。(什麼?午時已到?)

(圖是我P的請無視)

這個問題會把大家坑在哪裡呢?

第一坑:逃逸速度與能否飛出地球混淆;

第二坑:速度與加速度概念混淆;

第三坑:進入軌道失重就是脫離引力的認識誤區。

我們來逐個分析:


第一坑,逃逸速度的誤區。

首先,地球逃逸速度是指在貼著地球外層,達到了這個速度可以無動力甩出去。是甩出去,脫離地球引力的束縛。切記!不是不受地球引力,引力的作用是無限遠的。

就是說即使沒達到這個速度,推力足夠的話你慢慢飛也能飛出去。達到這個速度,你就不需要動力就能飛出去啦。

以下括號裡的內容可以直接跳過到下一個小標題,想溫習物理的可以參考。

(一個質量為m的物體具有速度v,則它具有的動能為mv^2/2。假設無窮遠地方的引力勢能為零,則距離地球距離為r的物體的勢能為-mar。又因為地球對物體的引力可視為物體的重量,所以有GmM/r2=ma即a=(GM)/r2.

所以物體的勢能又可寫為-GmM/r,其中M為地球質量。設物體在地面的速度為V,地球半徑為R,則根據能量守恆定律可知,在地球表面物體動能與勢能之和等於在r處的動能與勢能之和,即mV2/2+(-GMm/R)=mv2/2+(-GmM/r)。

當物體擺脫地球引力時,r可看作無窮大,引力勢能為零,則上式變為mV2/2-GmM/R=mv2/2.

顯然,當v等於零時,所需的脫離速度V最小,即逃逸速度V=2GM/R開根號,

又因為GMm/R2=mg,

所以V=2gR開根號,

另外,由上式可見脫離速度(第二宇宙速度)恰好等於第一宇宙速度的根號2倍。

其中g為地球表面的重力加速度,其值為9.8牛頓/千克。地球半徑R約為6370千米,從而最終得到地球的脫離速度為11.17千米/秒。)

地球表面的逃逸速度是11.17km/s。如果你在飛得高一點,那麼逃逸速度更低。離地球越遠,逃逸速度越低。可以想象,無窮遠的時候有一點速度就可以逃逸地球了。

在環繞的時候達到逃逸速度,無需動力就可以逃逸了。對,要注意方向,衝著地球栽過去達到這個速度是飛不出去的。


第二坑,速度與加速度混淆。

人家都說了,一米每秒,也就是每秒移動一米。速度恆定,加速度為0。而地球是有重力的,所以如果垂直向上飛的話,飛船的推力等於其重力。如果飛船重10噸,那麼飛船的垂直推力就是100000牛。

為什麼現實中的飛船是斜著飛出去環繞,而不是垂直呢?我繼續給大家現場計算。

我們設計一個簡單的環境模型,忽略空氣阻力這些難計算的條件,就是飛船重10噸,以10m/s的加速度由火箭助推,環繞地球進入逃逸軌道。另一個是垂直恆速火箭助推飛出地球達到逃逸速度,分別計算對比。

環繞加速飛出的飛船做功≈1248MJ

(我開始有點後悔回答這個問題了,算死我了)

垂直恆速飛上去的飛船能量≈1885MJ

(別問我怎麼算的了,我現在不想說話,感覺好累)

可見,環繞飛出的節省了一半能量。這就是為什麼現在的衛星飛船都是斜著加速進入軌道,而不是保持恆速慢慢升起進入軌道。


趕緊進入第三個坑,進入軌道失重就是脫離引力的認識誤區。

根據萬有引力公式F引=GMm / r²。

其中G為萬有引力常數,M為地球質量,m為衛星質量,r為衛星中心與地球中心的距離。

由此可知,衛星距離地球越遠所受到的引力越小。即使很遠很遠也有引力。

那麼失重現象是為什麼呢?飛機下落的速度等於重力加速度時,飛機上也會出現失重現象。可以這麼理解:衛星其實也在“下墜”,可是其下墜的路線正好等於地球弧度垂直方向的分量。幸好因為地球是圓的,它才能一直下墜。

衛星在軌也是受力的。但是我實在不想給大家演示計算過程了。看圖吧。

瞭解就行,衛星會受到地球啊、月球啊、地球不圓重力不均勻之類的,吧啦吧啦。我就不細說了。

總之面對這樣類似的問題大家要跳開這倆坑:飛出地球不等於達到逃逸速度;進入軌道失重並不是脫離引力。

好了就回答到這裡吧,我每次回答問題都扯得很遠,因為寫的少了沒人看。

回答中不足請大家指正。


蛋科夫斯基

這個問題我之前回答過,以1米每秒的速度升空,不僅可以飛出地球還能飛出銀河系。很多人肯定不服了,中學時候學過的第一宇宙速度和第二宇宙速度那豈不是白學了?所謂的第一宇宙速度是在飛行的時候沒有提供持續動力的情況下,假如現在我用力踢一腳足球,這個足球以7.9千米每秒的速度越飛越高,越飛越遠,那麼這個足球是可以圍繞地球飛行的,這個第一宇宙速度就是最小的發射速度,在這個過程中是沒有發動機給足球提供動力,這種情況下才是我們所學過的7.9千米每秒的第一宇宙速度才能飛離地球表面。而現在假設有一種新型的航天發動機,這種發動機可以抵消地球在各個高度上的引力和空氣阻力之和。我們利用高中的力學知識就可以知

道。一共只有三個力,第一個是萬有引力,萬有引力使得航天器升空的時候做曲線運動,還是做勻速圓周運動航天器的向心力,還是物體所受到的重力,第二個就是空氣的阻力,不管這個航天器在上升過程中是做曲線運動也好,圓周運動也好,都是由這兩種力的合力的情況決定的。那麼現在這種新型的發動機裝置可以抵消引力和阻力,那麼相當於三力平衡了,合力為0。這個時候航天器以1米每秒的速度勻速向上升空逐漸飛離地球,是完全沒有任何問題!飛離銀河系都沒有問題。

在這個問題之下,航天器燃料減少自身的質量降低,還有不同高度的萬有引力不一樣,還有空氣阻力也會不一樣,我們都把這種問題視為被髮動機平衡了,大家也別轉牛角尖說燃料不夠用。

所以說,並非要多快的速度才能飛離地球,蝸牛般的速度都是沒問題的,前提是要有持續動力的情況下,而我們高中所學的第一宇宙速度第二宇宙速度是在沒有持續提供動力的情況下,只給你一個初速度,這種情況下當然是必須要達到7.9千米每秒,11.2千米每秒才可以擺脫引力或者向別的星球飛去。大家在理解第一宇宙速度的時候要真正明白它的意思,第一宇宙速度的定義在教課書上寫的很清楚了,但是背後暗含的條件和情況在教課書上是沒有的,需要自己去領悟。

在分析這個問題的時候我特意用力學來解釋問題,因為三力平衡合力為0是非常好理解的。如果還沒有理解的朋友,我這裡從能量的角度來解釋,這種解釋辦法最大的好處就是可以不用討論中間的過程,直接看頭尾的狀態。

假設航天器可以以1米每秒速度飛離地球,發動機燃料的化學能轉變成上升的重力勢能和摩擦力產生的熱能,還有速度為1米每秒的動能,這完全是可以做到的,一點也不違背任何定律!


科學薛定諤的貓

從這個問題下的許多回答來看,的確很多人沒有理解到底“第一宇宙速度”、“第二宇宙速度”等概念到底是什麼意思。因此許多人斷言說由於每秒一米的速度太小,遠沒有達到第一宇宙速度,因此沒有辦法離開地球。這是對基礎物理概念的極大誤解。所以首先我們來解釋一下所謂的“第一宇宙速度”、“第二宇宙速度”等概念真正的含義是什麼。

我們知道,簡單地來說,地球與物體之間有萬有引力的作用,因此我們向上空拋出一個物體,比如用手向上拋出一個球體,假設拋出的一刻初速度為速度1,那麼從拋出的這一刻起,球雖然在向上運動,但是運動的速度是逐漸降低的。若是初速度不是很快,那麼過不了多久,球上升的速度就會下降為零,然後反向落回地面。而萬有引力的值是隨著物體間距離的增加而降低的,因此我們可以假設,若是初速度足夠快,那麼球體是可以一直向前運動,從而擺脫地球的。因此我們就把這個臨界的速度稱為所謂的“第一宇宙速度”,即若是物體初速度超過了這個值,就能夠擺脫地球。

那麼這個地方說的初速度和題目中的每秒一米的速度是一回事嗎?顯然這不是一回事。因為拋球的時候球的速度在加速結束後一直在減速,但是這個地方說到的速度每秒一米卻完全不變,所以完全不能夠以第一宇宙速度的方式來回答這個題目。按照題目所說的,題主當然能夠離開地球,離開太陽系甚至離開銀河系,只是時間問題……


看風景的蝸牛君

上面的回答不敢苟同,要逃逸地球必須達到第一宇宙速度。

地球有引力,所以會對錶面的物體產生一個向內的力,有一個很簡單的例子,你原地起跳,可以看成是短時間內的向上加速運動,但相同時間內這需要的能量比你提問的一秒每米的恆定上升力需要的能量大很多。你猛的一跳都跳不出去,更何況一米每秒的速度呢?

地球本身有引力,如果你勻速向上(要保持一米每秒勻速提升這個推力做功會越來越大),那最終的結果是在某一高度你的上升力和引力和向心力平衡,然後被地球“捕獲”,成為地球的“衛星”。這時有一個臨界“層”,如果你想繼續保持向上的一米每秒,那這時你就必須加速突破第一宇宙速度,如果成功則離開地面進入太空(當然此時你的速度已經不是一米每秒了,而是第一宇宙速度),如果你繼續保持向外逃逸,那你的速度將會被動的提升為第二、第三宇宙速度以至於更高。當然還有一種情況,如果你的上升力有限,那你會被地球引力拉回地面。

至於上面回答說一米每秒時間足夠就能突破宇宙達到永恆的就更不敢苟同了。我們現在的宇宙是保持的膨脹的,膨脹的速度遠遠超過一秒每秒,所以一秒每秒的速度是不可能達到宇宙的邊緣的。


科學三人行

首先要明確宇宙速度這個概念,高中物理書上的定義讓我們多少產生了些誤會,以為逃離地球必須要達到第二宇宙速度才行。事實上,宇宙速度的概念有個前提,就是物體除了受目標天體的引力以外不再受其它力作用的情況下所能逃離大質量天體的最小速度。那科學家為什麼不慢慢的以1米每秒的速度離開地球,為什麼要製造火箭呢?原因也很簡單,因為前者所需的能量太大,根本無法實現,試想如果需要的能量越大,則燃料攜帶的越多,燃料多了,質量增大,則需要更多的能量去帶動,如此惡性循環。而如果我們一旦達到第二宇宙速度,我們就不需要燃料就可以離開地球,而且以每秒1米的速度離開地球,需要走更遠的距離才能逃離地球的束縛,一旦1米每秒的推動力消失則物質就會重新落向地球,所以要想用最少的燃料將火箭送出去,我們只要儘可能短時間內將火箭推進到第二宇宙速度就可以了。問題似乎解決了,但還有一句話是如此的震撼以至於深深的印在很多人的心裡,那就是任何物質都無法逃離黑洞,因為逃逸速度大於光速,試問如果你在黑洞上放一把足夠長的梯子,每次爬一格,你能逃出黑洞嗎?答案是當然可以!但是正如剛剛我們說以每秒1米離開地球那樣,那需要非常多甚至無限的能量去離開黑洞(事實上將你身體的所有物質轉化為能量都不能讓你爬上第一個臺階),所以以每秒1米的速度逃離地球或者黑洞僅僅在理論上可行,實際操作上幾乎不能實現。


btyc87

如果我要是回答能,能飛出地球進入太空,是不是也要噴我了?好吧,就先給你們說說你們嘴中的第一宇宙速度。

第一宇宙速度,指的是物體無需動力,依靠慣性就可以不被地球引力拉回來的速度,也叫環繞速度,7.9km/s。

你們的意思是隻要達到這個速度就能逃離地球,沒達到這個速度就不能逃離地球是吧。那麼你就是錯的。題目意思已經經很明確,以每秒一米的速度上升,既然是上升,那它必定有個抵消地球引力的東西。那就是上升的動力。題目也沒說會停下,如果一直上升不停下,最終結果就是進入太空。


我們不必要糾結它為何會上升,上升以後會不會死,地球有哪種裝置會讓人這樣這些與題目毫不相關的東西。(那些噴子的無聊話)

一切都是假設,很多問題都是做出假設回答。那是不是我這樣說就否定了科學家提出的第一宇宙速度。不是,題目中的上升和第一宇宙速度是兩個概念。上升必定是依靠推動力抵消地球重力上升,反正只要是上升狀態,那它必然抵消了地球對它的重力作用。也許有人會說,飛機會飛為什麼不飛出太空?

其實不然,飛機飛不出太空不是它飛不出去,而是因為一些原因,由於現在民航客機和戰鬥機,直升機等飛行是依靠空氣為介質的,而太空則沒有介質。所以飛機不能飛上太空。



即便是飛到了很高很高的邊緣,也會因為空氣密度不足而升級不足導致失速。除非專門用來航天的飛機,比如美國的奮進者號等就能出去了。

第一宇宙速度已經說了,是不需要動力,直接靠慣性就可以不被地球引力拉回來的速度。是個勻速繞地球表面運動的速度。既然地球引力拉不回它,說明它有個抵消地球引力的力。這個力就是離心力,由做快速運動產生。好比一個我們玩的悠悠球。你提著它不動,它處於禁止狀態。你輕輕推它下,它肯定左右搖擺,要是你用力推,它估計會以你拉繩子的手為中心轉一個圈,你再用力直接把它甩起來,它就做起了圓周運動。除非你停下,不然它是不會停下的。理論上地球上的東西只要再大氣層以內的東西。由於空氣摩擦阻力等因素。如果沒有額外的作用力,哪怕達到第一宇宙速度也會最終在阻力作用下減速,從而達不到逃逸速度掉落。


還有你們所謂否定的一個說法,那就是為什麼我跳起來又會落到地面。說得好,當你彈跳時,你並沒有達到每秒7.9千米,為何你還是離開了地面,原因就在於彈跳時產生的彈力(升力)暫時抵消了地球重力,但有限的在抵消地球重力的同時彈力由於後續不足,不足以對抗重力,所以人又會被重力拉回地面。


良良引力波


遼寧郭英森

看了各位的回答,都比較專業,有的人看得懂,有的人看不懂,我來比較淺顯的給大家解釋一下這個問題,首先我們要知道緯度這個詞,為什麼很多航天器都在低緯度發射?那麼為什麼要在緯度低的地方發射呢!大家都知道一個球體,哪裡的周長最長?是不是一個球的最中間?而地球,又是南北極的自轉軸,大家知道地球一直在自轉,自轉就有速度,這個速度就不多說了,也就是說我們一直在移動,只不過我們自己感覺不到,大家結合下圖想一想,地球自轉一圈,自轉時間是恆定的,如果有兩個人,一個站在中緯度,一個站在低緯度,誰的速度快?肯定是低緯度的快,這個很好理解,因為低緯度的周長比中緯度的長,同樣自轉一天的時間,你只能畫個小圈,我能畫個大圈,

如果上面可以理解,那麼下面你也就能理解了,那麼下來就回歸題主的問題,1米的速度上升,上升1米後,哪個變化了?你到地球中心點直徑變化了,也就是說,以你為中心,地球轉一圈,你的周長變化了,你周長變大了,同樣自轉一圈,那麼你的速度一定是變快了,這個可以理解吧,所以你1米1米的上升,你的速度會越來越快,你最終會走到太空,因為無形之中你的速度已經加快了很多,這跟逃逸速度是兩回事。這個就是很多探測器所用的引力加速度,為什麼很多深空探測器,軌道都是橢圓的?想想這個點道理,飛行棋利用引力,讓自己做大範圍運動而增加速度,最後用一部分自身燃料加速來達到想要的速度,很多航天器變軌不是一次就完成,而且分很多次,就是這個道理


螢火五號

當然可以了。問題的關鍵不是速度,而是你能不能有保持每秒一米速度的推進器和所需要的能量。\n然後,每秒一米的速度衝上了太空,你要是能一直保持能量的供應,你甚至能飛出太陽系,飛出銀河系。\n然而你一旦停止了能量供應,也就是說你不動了,那麼很不幸,你會被拉回來。假設你剛剛以每秒一米的速度升入近地軌道,然後熄火了,不好意思,地心引力會讓你以一個g的加速度下落,進入大氣層,然後落到地上。。。\n當然你要是以第一宇宙速度升空,情況就不同了。達到了第一宇宙速度進入近地軌道,然後熄火了,那麼你就掉不下來了,你會繞著地球一直轉到死。。。假設你在天上繞著地球飛的時候,又點火了,那麼你就會脫離這個軌道,飛到離地球更遠的軌道上,再熄火,那麼就在你的速度對應的軌道高度接著轉到死。。。\n假設你在近地軌道減速,也就是反向的推進,你的速度會降下來,不到第一宇宙速度了,然後你就沒法繞著地球一直轉了,就掉下來了。。


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