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


其實這個問題仔細想想,挺有意思的。



首先我們來看看什麼是太空?國際航空聯合會定義大氣層和太空的分界線,叫做卡門線,卡門線外就叫做太空,卡門線的高度為100km。也就是說,我們這道題的目標就是100km。

既然題目已經給了條件,每秒一米的速度升空,媽媽這道題就變成了一道簡單的勻速直線運動的問題,100000m÷1m/s=100000s=27.77h,也就是說,以每秒一米的速度升空,不僅可以到達太空,而且用時,是27.77小時。

當然,這道問題回答到這兒還不算完,我更感興趣的是其他一些方面。 比如,每秒一米的速度是怎麼得到的? 有兩種途徑可供選擇,一是走科學路線,二是走科幻路線。 首先科學路線,科學路線可提供的方法有,氣球,螺旋槳,燃料推進器等。可以看出,實驗者是保持一個勻速直線運動的,勻速直線運動就代表著它受的合力為零,我們來做個受力分析,物體所受的豎直向下的力一是重力,一是空氣阻力,向上的力是空氣的浮力,而顯然僅靠浮力是不足以一直維持豎直向上的速度的,那麼在這裡氣球的方案就排除了。而我們知道,空氣越高越稀薄,想飛的越高,螺旋槳就能轉得越快,而到了一定高度,螺旋槳轉得再快,也無法升高了,這個高度離太空還遠。


再來看看推進器,這是一個好主意,噴氣式飛機,火箭都是用的這種方法。只不過呢,要想克服你的重力,並且讓你達到一米每秒的速度,這個就難了,燃料的用量必須能支撐27.77個小時。 要是科幻的話,那選擇就多了,咱們就開腦洞吧,比如反重力裝置,太空隧道,鋼鐵俠裝甲當然,我最喜歡的一個方案是比較偏武俠的。武當有一門功夫叫做梯雲縱,他就是左腳踩右腳,然後右腳踩左腳,只要體力充沛,就能不斷借力往上走。
當然首先這事肯定不科學,因為不符合牛頓力學,但是畢竟挺好玩的,你可以腦補這麼一個畫面,張無忌縱身一躍,使出武當絕學梯雲縱,過了一日有餘,突破了大氣層,進入了地球同步軌道,成為了一顆衛星😎


蛋圈一科


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。


好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


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


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


當然可以啦。題主給的條件相當強大,不要說離開地球了,偌大的宇宙,你想去哪就去哪,根本無視引力(不考慮廣義相對論),就是速度慢了點。


可能有人想不通,中學物理不是告訴我們:繞地球飛行速度至少7.9千米每秒,脫離地球引力控制至少11.2千米每秒。而現在速度才1米每秒,怎麼就能飛出地球呢?

分兩點解釋:

這裡的7.9km/s、11.2km/s(也就是第一、二宇宙速度),其實是指瞬時速度。只要航天器在地面發射時速度達到這個數值(僅考慮引力),之後就不再需要動力了,而且能達到繞地或者脫離地球引力的目的。


再來看題主給的條件,以每秒一米的速度升空,很顯然這是一個持續恆定的過程,由於引力的存在,需要不斷的輸出動力來保持速度穩定

但這個條件強大就強大在這,因為它只要保持輸出動力和阻力平衡即可,且默認了動力能源無限多這一條件。

因此無論是多麼強的引力,它只管每秒一米,慢慢的往上爬就行,總會爬上去的。



期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


這個是肯定的。或許你會說,不是說要速度達到7.9千米才能離開地球嗎?

這是所謂的第一宇宙速度,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。

那是不是我說每秒一米可以進入太空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離開地球是兩個概念。但是有一個共同點。都是需要一個可以對抗引力的力存在。只要是離開地面,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。(真空幾乎沒有摩擦阻力,速度基本可以一直保持)。第一宇宙速度克服引力的力叫做離心力(虛擬),由做快速運動產生。速度越來離心力越大。


而每秒一米離開卻顯然離心力在這裡就不起作用了。只要有源源不斷的推進力提供抵抗地球引力的力。它也是能離開地球的。小說《三體》裡稱為低速航天。

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。

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,所以人又會被引力拉回地面。



找個太空點固定,如果能夠有足夠長的繩子放到地球,足夠體力不眠不休,不吃不喝也無視真空,每秒一米,我不相信人拉不進太空。(假設)


良良引力波


相信看完這個回答,你一定會大吃一斤!(驚)

同時,實名反對最高票的那個答案!(當然那個答案中的推導什麼的都是對的,也讓我省力了很多不用寫那麼多推導了!)


看到這個問題,這是我最初的想法:

這個問題竟然有這麼多人回答!
但是考慮到作為老師這麼久,回答過不計其數的比這個更幼稚、更無語的問題了,所以還是湊個熱鬧,說兩句吧。(誰讓咱是物理老師呢?)

但是,在我仔細看了題目之後,我發現這個題目並沒有想象中的簡單!

有時候,看似簡單的問題,你要考慮這個問題產生的原因,而不是直接嘲笑提問者腦子瓦特了!


這個問題可以拆分為3個問題:

問題1.如果以"一定的速度"一直運動,向"有限距離的目標"移動,最終會不會達到目標呢?

問題2.如果以“一定的速度”

出發,向"有限距離的目標"移動,最終會不會達到目標呢?

問題3.以上兩個問題的結果和“目標”的位置有關麼?


一定有人會說:你把簡單問題複雜化了!

NoNoNo!作為一個“耐心”的物理老師,以我多年的“答疑解惑”之經驗,建議您仔細讀一讀題目,然後思考:“升空”到底是出發的意思呢、還是一直上升的意思呢?


如果是“一直上升”的意思,那麼就對應問題1了。這也是很多人嘲笑提問者的原因了吧?

當然,我覺得提問者的意思應該是和問題2相同。


(真正把簡單問題複雜化是最高票的那個回答!)

那麼就要牽扯到宇宙速度的計算上了!


因為如果問題改為:

我以每秒1000米的速度升空,最終能離開地球進入太空嗎?

或是改為

我以每秒多少米的速度升空,最終才能離開地球進入太空?

是不是很多人就回答不上來了?


當然,還是有很多人能回答的上來:讓我們打開百度,輸入:宇宙速度,回車。然後會找到三個宇宙速度:(剔除了推導過程後)
第一宇宙速度
人造衛星圍繞地球表面作圓周運動時的速度。當衛星速度超過第一宇宙速度時,軌道變為橢圓形;速度愈大,橢率也就愈大。

第二宇宙速度
航天器脫離地球引力場所需的最低速度。第三宇宙速度
航天器脫離太陽引力場所需的最低速度。


由於1米每秒(或者1000米每秒)小於第一宇宙速度,所以不會離開地球,最終一定還會落地!

當你的升空速度達到第二宇宙速度11.2千米每秒時,你才會離開最終脫離地球!

當然,進入太空並不需要這麼高的速度,但是要超過第一宇宙速度。


明白了麼?


為什麼會有第三個問題

為了搞清楚提問者和大多數的網友們所犯的邏輯錯誤,所以提出了第三個問題。

如果是水平無摩擦運動,問題1和問題2的回答都是,可以!

(注意:這裡為什麼要加上無摩擦這個條件而且是合理的呢?因為在計算宇宙速度時,其實我們就沒有考慮摩擦,嘻嘻。)

如果是在地球豎直上向上運動,不可以!


這本質上是受力和能量決定了答案。


最後開個腦洞:

由於月球對地球上物體的吸引力是地球吸引力低大概6個數量級,所以如果有一天,月球和地球之間的距離縮小1000倍,地球和月球中心連線的人就可以以1米每秒的速度出發,達到月球了!運動過程中,不需要額外的動力了!


還敢嘲笑別人麼?



更多靠譜回答,請點關注,謝謝支持。


蘇格爸的奇妙物理


簡單回答,如果你可以做到,你就可以離開地球進入太空,不要說地球,你甚至可以到達宇宙的邊緣(假設存在且宇宙沒有膨脹)!但問題是你能做到嗎?

理論上確實可以做到,前提是需要非常非常多的能量,這意味著你必須攜帶非常多的燃料來推動你勻速上升,如此這般就進入了一個惡性循環,因為你的速度很慢,要想持續長時間地上升,必須攜帶大量燃料驅動,而大量的燃料反過來也需要能量擺脫地球引力!

樓主所說的勻速上升,而且速度只有1米/秒,給人一種錯覺,看起來很容易做到,實際上太難了。想象一下,你把一個100斤重的人以1米/秒的速度舉起來需要多少能量,然後還要一直保持這個動作,持續給施加能量!

說到這裡,有必要提一下地球逃逸速度,與樓主所說的1米/秒勻速上升完全不同。逃逸速度是說達到一定的速度後不用再施加動力就可以逃逸,而樓主所說的必須持續施加能量,而且一但沒有了能量來源,理論無論你距離地球多遠,一旦你停下來,你仍舊會被地球的引力捕獲(不考慮其他力量,只考慮地球引力)!

而火箭的發射方式是最好的說明,為何火箭發射從來不是一直垂直的發射升空,而是有一定的弧度?因為很明顯,斜著發射更節省能量,更容易達到逃逸速度,一旦達到這個速度,就不要動力輸出了!


宇宙探索


我以每秒一米的速度升空,最終能離開地球進入太空嗎?

即使你以0.5M的速度升空,只要時間夠久,肯定能進入太空!似乎看起來這個速度與第一宇宙速度7.9KM/S相差的可不是一星半點,但是它依然可以進入太空,這是為何....?

三個宇宙速度,第一宇宙速度即為7.9KM/S

一、第一宇宙速度的計算方式,您從中看出門道來了嗎?這個速度是圓周運動的離心力與重力對抗,最終離心力大於重力獲得逃逸出地球的機會!

二、然後從地球表面垂直上升的完全就是直接對抗重力,那麼只要物體能繼續上升,即認為推力是大於重力的,如果繼續保持,那麼最終將會脫離大氣層的範圍進入太空。

那麼我們發射火箭時為何要沿著地球圓周而且是順著自轉方向發射呢?直接升空不是更好嗎?此言差矣,主要是我們的火箭不行,初始階段採用直升的方式是儘快脫離低層大氣的巨大阻力,進入中高空後會沿著地球自轉方向逐漸傾斜向上的軌跡,疊加地球自轉的速度,獲得額外的加成節省燃料!

地面發射的火箭軌跡

從太空看到的發射軌跡,一般發射方向就是向東。

看明白是怎麼回事了嗎?完全是因為我們的火箭不行,無法一飛沖天,非得以繞圈圈的方式出去,性能上存在差距,只能退而求其次啊.....


星辰大海路上的種花家


人類不能隨心所欲的進入太空的阻礙是什麼?一是引力,二是大氣。

第一,引力的作用

一般情況下,人類不僅不能進入太空,甚至不能像袋鼠一樣跳到幾米高,像小鳥一樣在天空中飛翔。在地球的引力的作用下,我們人類像是被“吸”在地上,可以跳躍,可以奔跑,卻不能雙腳脫離地面太久。對於人造衛星或宇宙飛船,只有它們的速度達到一定數值,地球對它們的吸引力等於其所需要的向心力,他們才能繞地球做勻速圓周運動,只有它們的速度大到地球對其的引力無法提供向心力時,它們才會脫離引力的束縛飛向太空。因此人類要是想要進入太空,一定要脫離引力的束縛。

但是在題目中的假設下,“我”以每秒一米的速度升空,雖然以現在的科技來說,還不能實現,但是如果以這樣的速度升空,如果有一個或幾個力在垂直方向上與重力大小相等,方向相反,從某些角度看,引力確實被“抵消”了。引力的問題也就解決了。

第二,大氣的問題

我們知道,從地球垂直向上,越往上大氣越稀薄。由於肺部吸收氧氣需要有壓力,但是高空氣壓比低空要低很多,即使氧氣足夠,人也會覺得呼吸困難。這也是為什麼宇航員在太空中要穿

設計精良的宇航服,不然很難再太空中呼吸。

引力的問題解決了,如果能再解決這個問題,那麼人以一米每秒的速度升空,確實是能進入太空的。


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