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


以每秒一米的速度升空,這句話可以有兩種理解:

一、初速度是一米每秒,之後沒有受到推力作用。

這種情況顯然不可能進入太空,不受推力的情況下,速度必須達到第一宇宙速度即7.9km/s時,才可以擺脫地球引力進入太空。



二、持續提供推力保持速度是1m/s

這種情況毋庸置疑可以進入太空,別看升空的速度很慢,但是卻是實實在在的高度在升高,總有一天會達到太空的高度。注意,這種情況就不能用第一宇宙速度來衡量了,因為第一宇宙速度是在沒有持續提供推力的情況下,航天器需要如果進入太空所需要的最低初速度。這裡一直提供推力克服重力,所以不適用比對第一宇宙速度。



我們人造地球衛星的最低軌道是100km,如果真以1m/s的速度升空,大概需要28個小時才能夠入軌,可以說慢的無敵了。


科學探秘頻道


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


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


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。


鎂客網


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


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


低速航天是完全可行的,如果一個人能一直保持1m/s的速度不變,那麼只要他時間足夠,完全可以飛到宇宙的任何地方。



我們都知道火箭要想離開地球進入太空需要的最小速度是7.9km/s,但低於這個速度並不意味著就無法飛出地球。其實火箭上天和我們平常人騎自行車一樣,我們騎自行車如果想上一個非常陡峭的坡,那麼最省力的辦法就是從很遠的地方開始加速,最終憑藉加速度一鼓作氣衝上去,火箭昇天的原理跟這個也差不多。

但是如果一個人足夠強壯,那麼他完全可以不從遠處加速,直接靠著蠻力硬生生的爬坡,很明顯這樣雖然也能上去,但是需要的力氣要比之前的方法大的多,而且在爬坡途中要一直保持這個功率。



由此我們可以知道,一個人如果真的能以1m/s的速度勻速上升,那麼他肯定能飛出地球,但是需要穩定並且持續的能量來進行,遠沒有火箭直接達到高速後衝出地球省力。

我們常說的逃逸速度是指火箭達到這個速度後不用再增大功率就能飛出地球,類似於我們從遠處加速後不用再蹬自行車就能衝上陡坡一樣,而火箭如果對自己的推力和能源足夠有信心,那麼也能以1m/s的速度飛地球。


宇宙探索未解之迷


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


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。


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