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2021-12-17146位浏览者 天文史揭秘 | 牛顿的大炮实验&为何月球不会砸到地球上
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牛顿最大的贡献之一便是那颗落下的“苹果“——万有引力的提出。随着牛顿的观察,他开始思考一个问题,既然头上的苹果会因为万有引力而落下,那么比苹果更高的月亮为什么不会落下来呢?如果是因为两者高度不同,那么要多高才不会落下地面呢?带着这些问题,牛顿开始了研究。





牛顿登上了高处,手拿着苹果让它无初速度落下,仅仅1秒之后它就落在了地面之上(如图a)。如果我们在水平方向给苹果一个1m/s的速度,苹果在下落的过程中还会在水平方向上运动一段距离,这个距离就是1m(因为只运动了1秒钟,速度也只有1m/s);由此类推,水平速度为2m/s时,落点距离我们2m; ……;如果苹果水平速度为7900m/s,苹果落点应该距离我们7900m,但事实却并非如此。


经过先人的努力,人类都知道了“地球是圆的“,而赤道直径大约40000m,7900m大约是赤道长度的1/5,如果在1m的高度上扔7900m/s的苹果,它会飞过1/5个地球后落在地面上,那么如果在2m的高度上扔、在3m高度上扔…它就会飞过2/5个地球,3/5个地球,…,最后在5m高度以上时,苹果就会刚好飞过一圈地球落在地面上,如果高度继续增加,6m、7m、8m、…苹果就会绕地球很多次后才落地,在达到一个很高的高度后,苹果就不会再落地,它会不断绕着地球旋转,成为和月球一样的卫星(当然这个过程中没有摩擦力)。这就是”牛顿的苹果大炮实验”,也是现代人造卫星的原理,现在发达的人造卫星技术早在17世纪就有了理论模型(如图b),让人不禁赞叹古人的智慧。






现在就让我们来回答这个问题:“为何月球不会砸到地球上呢?“,月球是一个十分巨大的”苹果“,但它在一个距离地球很远的距离上,还以一个很高的速度不断绕着地球运转,这让它要绕地球转无数圈之后才能接近地球,而这是个十分漫长的过程,漫长到人类难以想象。

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