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在宇宙中,引力让物质聚集在一起形成天体,让小质量的天体绕着大质量的天体旋转形成星系,而月球的质量对海水的吸引,让地球上有了潮汐。
任何两个有质量的物体之间,都存在着互相吸引的力量,无论它们之间的距离有多远。
可是为什么所有的物体没有吸在一起,只有地球把它上面的东西吸住了呢?因为引力其实是一种非常弱的力量,在左右我们这个宇宙的四种基本力量(另外三种是电磁力、强相互作用力和弱相互作用力)之中,万有引力是最弱的一个。
大多数时候它都是完全没有存在感的。
只有在遇到质量非常大的物体时,引力才会大到能够让人明显察觉的地步。
所以,一般我们看到万有引力起作用的时候,都和大质量的天体有关。
人类想要逃离地球引力的束缚,必须达到地球的逃逸速度。
地球要想逃离太阳引力的束缚,也必须比现在跑得更快,直到达到太阳的逃逸速度。
3.“逃逸速度”
怎么算?
要计算逃逸速度,我们需要知道另外一件事情——能量。
能量可以有很多种不同的形式,比如动能、势能、热能、电能、核能……这些能量彼此之间是可以互相转化的。
也就是说,不管能量有多少种千差万别的形式,本质上它们其实是一种东西。
和逃逸速度相关的能量是动能和势能。
世界万物是不停运动的,在物质的一切属性中,运动是最基本的属性,其他属性都是运动的具体表现。
而有了运动,就有了能量。
比如,温度是物质内部的分子做无头苍蝇一样没有规律的布朗运动的外在表现,有温度,就有热能。
宏观的物体运动起来,就有了运动的能量——动能。
物体的质量和速度决定了它在某一刻所具备的动能,质量(m)越大、速度(v)越高,动能(E)就越大。
相对静止的宏观物体除了热能,是不是就没有其他能量了呢?并不是的,由于引力的作用,它与其他物体的相对位置会赋予它蓄势待发的一种能量——引力势能。
在地球表面,重力让一切位于地心那个点之外的物体都有了自己的引力势能。
上面就是引力势能的计算公式。
其中,大写的M代表互相吸引的两个物体中,质量更大的那一个,小写的m代表小一点的那个,r是两个物体中心连线的长度,G是万有引力常数。
为什么引力势能会加一个负号呢?因为我们一般会把引力完全消失的地方——假想中的无穷远处当成是没有引力势能的地方,也就是距离一个物体无穷远的地方,这个物体的引力势能为零。
而其他所有在引力作用范围内的物体,都拥有引力势能。
离得越近,引力越大,引力势能就越大。
所以,引力势能的公式中必须加上一个负号,才能够表达势能随着距离由远到近,能量由小变大的这个过程。
要逃离一个天体的表面,所需要具备的动能一定不能比这个天体束缚它的引力势能的绝对值更小。
于是,我们就得到了逃逸速度的公式。
要逃离太阳的表面,M就是太阳的质量,r是太阳的半径。
根据这个公式,我们可以计算出太阳表面的逃逸速度大概是617.7公里秒。
而地球在距离太阳约1.5亿公里的地方,如果要逃出太阳引力,按照上述公式计算,速度需要达到42.4公里秒。
目前,地球围绕太阳公转的线速度大概在30公里秒,所以,以这个速度奔跑的地球仍然在太阳的势力范围内,需要开足马力才能逃离。
4.能量的本质是什么?
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