地球那么重,为什么还能一直绕着太阳飘?并且漂浮了几十亿年!
老规矩是,先问是,再答为什么。
地球真的漂浮在太空中不坠落吗?
不,其实地球(以及其他天体)一直在下落,所谓的“漂浮”只是一种错觉。
这话怎么说?
举个真实的例子来理解。许多人在冬天打雪仗。在互相扔雪球的时候,我们都知道雪球有可能会砸到对方,但是大部分时候都会掉到地上。
如果你打了对方的雪球,你不会去讨论,说明你很准。下面主要讨论落在地上的雪球。
你有没有想过为什么雪球会落在地上而不是一直向前飞?
你一定会反驳:你在胡说八道吗?当然会落地。它怎么能一直向前飞呢?
冷静点,真的不是胡说。而这个简单的“落地过程”隐藏着一个物理规律。慢慢听我说。
由于地球的引力,它落到了地上。可以预见,如果你力气大,雪球会飞得更远。
让我们做一个思维实验。如果你的力量很大,甚至无限大,当你扔雪球的力量再大一点,总会有那么一瞬间,雪球不会掉到地上,而是绕着地球转,成为地球的卫星。
而当你的力量稍微少一点的时候,雪球会绕着地球跑一圈,然后落在你的脚跟后面,然后你再增加一点力量,这样雪球就不会掉到地上了。当然,这是一个理想的情况,你知道。
你应该能感觉到,不管雪球有没有掉到地上,雪球都在不停地往地上掉,有掉下去的趋势。
换句话说,雪球没有飘起来。即使雪球没有掉到地上而是一直围着地球跑,它也一直在下落而不是漂浮。
著名的“牛顿大炮”其实和上面的雪球一样,只是牛顿假设在山上开炮,原理是一样的。
那么,既然雪球一直在往地上掉,为什么不往地上掉呢?
简单来说就是因为速度。雪球有两种速度:向地球下落的速度和沿圆周运动轨迹的切向速度。
当然,还有一点,就是地球是一个圆形(近似)球体,雪球轨道的弧度与地球的圆形弧度完全一致。
其实地球一直在向着太阳坠落,但是因为它运行的速度够快,太阳又是圆形天体,所以不会向太阳坠落。
地球不是漂浮在太空中。
事实上,太阳和地球就像一根绳子一样在互相拉扯。当然是看不见的绳子,和被当绳子用是一样的。这根绳子是重力。
从我们的真实例子可以了解到,链球运动员在投掷链球之前会先用力旋转,然后瞬间投掷链球。
在运动员拉动锤子旋转的过程中,锤子其实是在向运动员下落,不是“飘”,而是锤子的速度够快。
同样,我们都知道宇航员在太空中处于失重状态。为什么会有失重?
其实宇航员一直在“下落”,一直在做自由落体(不是漂浮)到地面,这和从2米高的墙上跳下来的感觉是一样的。
不同的是,宇航员还有另一个切线速度(上面提到的),而我们跳墙几乎没有切线速度(有一个切线速度,很小)。还是那句话,如果你足够强壮,你可以从2米高的墙上跳下来,然后像宇航员一样绕地球飞行,做自由落体,体验失重的感觉(当然是在理想情况下)。