如果有无限长的梯子,能否在不到第一宇宙速度的情况下离开地球?

这个问题提得好,尽管“无限长”的梯子是不存在的,但题目的意思应该是“足够长”,那我们就用“足够长”来描述这样一个梯子。当然这个梯子的刚性和韧性还要足够好,最起码几百万公里长也不会折断弯曲。

既然是假设,那么梯子的材料、制作工艺和怎样固定,以及地球是否能提供这么多材料的问题,我们统统不考虑,只是来回答一下这个思想实验。
在回答这个问题前,我们先来普及一下第一宇宙速度的有关知识。
我们知道,地球表面的物体都受到了地球的引力(重力),并被地球的引力牢牢地束缚在地球表面。人们想离开地球表面需要克服这个引力,常规思维,想要克服这个引力有两种方法:
第一种是持续不断对物体或人提供向上的动力,直至完全离开地球引力圈。比如说火箭在上升阶段就是这样。还有,人攀爬梯子也是持续对人提供向上的动力,这个动力当然是来自人自身,人消耗自身的化学能,借助梯子的反作用力不断向上升。

所以说题目所说的方法就属于这一种,是否可行,我们在后面综合分析。
第二种是把物体所受重力用于持续去改变物体的运动方向,比如说让物体的运动方向总是和所受重力的方向不在一个方向,两个方向总是有一个夹角,这样物体就不会顺着重力方向落向地面,物体这样的运动就是圆周运动,这时的重力就是维持圆周运动的向心力。但实现圆周运动的前提是这个物体必须有足够的运动初速度。这个初速度就是人们常说的第一宇宙速度。

所谓第一宇宙速度是指在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,又叫环绕速度。这个速度V的大小可以简单地通过物体所受重力与物体做圆周运动的向心力相等的公式来求出,即mV^2/r=GMm/r^2≈mg,得V1=√GM/r≈√gr,其中m为物体的质量M为地球质量,G为引力常数,g为重力加速度,r为运动半径,这里为地球半径,代入具体数值,求得V1=7.9千米/秒。也就是说,只要物体达到7.9千米/秒以上的速度就可以离开地面(注意只是离地环绕,并不是脱离逃逸,不过这应该就是题目所说“离开地球”的意思)。着重说明的是:第一宇宙速度只是指在地面附近的环绕(离开地面)速度,并不是别的高度的环绕速度。实际上这个环绕地球的速度是随着距地高度的增大而减小。比如说距地心两倍地球半径(6371x2千米)处的环绕速度就变为5.94千米/秒,距地心10倍地球半径处的速度就变为2.5千米/秒……。
知道了上面这些知识,我们完全可以把上面所说的两种方法结合起来考虑这个问题,下面我们就来回答一下吧。
既然梯子是搭在地球上,这个梯子当然也是地球的一部分。上面说过,这个梯子的刚性很好,数百万公里也不变形,因此梯子会跟着地球一起自转。

我们知道,梯子的角速度虽然和地球相同,但梯子的线速度和地球是不同的,离地越高的部分,其线速度越大。因此我们可以设想,如果在梯子某一高度的线速度恰好等于这一高度环绕地球所需速度,那么人从梯子的这个高度离开梯子,就会成为环绕地球的一个“人造卫星”,人就会在没有达到第一宇宙速度的情况下离开地球,不再坠向地球了。
实践证明,还真有这样一个轨道高度,那就是人们常说的“地球静止轨道”(是一种轨道平面与赤道平面重合的地球同步轨道,为了便于解释,我们假定梯子就是架设在赤道上空),轨道高度约36000千米。如果梯子高36000千米,那么人攀爬到此高度(只要你有这个胆量和体力,食物带的足够多)就可以离开地球了,这时人相对地球质心的速度是3.1千米/秒,低于7.9千米/秒的第一宇宙速度。

这里还要特别注意:尽管在前提中对梯子性能做了假设,但我还是要提醒一下,梯子的高度如果超过36000千米,超过部分的线速度会大于该位置的环绕速度,梯子的超出部分会产生奔向大椭圆轨道的离心趋势,导致梯毁人亡。或者毁灭地球,因为梯子太结实了。
好了,如果达到环绕地球就算离开地球的话,通过我们的综合分析,答案是肯定的,那就是:如果有一个无限长(36000米长就够了)的梯子,那么人们可以在没有达到第一宇宙速度的情况下离开地球。
引申一下:如果认为环绕地球不算离开地球,只有出了地球的引力圈或达到逃逸速度脱离地球才算离开地球的答案
1,出了地球引力圈才算离开地球这种情况下的答案
前面咱们说过离开地球需要克服引力,其中的第一种方法是:要持续不断对物体提供向上的动力,直到完全离开地球的引力圈。这个攀爬梯子就属于这一种方法,

但攀爬梯子能够离开地球的引力圈吗?下面我们分析一下。
理论上说,引力的范围是无限的,如果宇宙是有限的,引力范围最起码弥漫至整个宇宙。但在实践中,人们往往把天体的“希尔球”范围当作是该天体的引力范围,出了这个范围,就算出了该天体的引力圈而彻底离开该天体了。所谓的希尔球,粗略来说,是环绕在天体(比如行星地球)周围的空间区域,那里被它吸引的天体(比如月球和人造卫星等)受到它的控制,而不是被它绕行的较大天体(比如恒星太阳)所控制。

根据希尔球半径r的公式:r≈a³√m/3M,其中a为地球轨道长半径,m为地球质量,M为太阳质量,计算出地球的希尔球半径约为150万千米。也就是说,只要把梯子延伸到150万千米之外高处,人就算出了地球的引力圈,就算离开地球了,不过人在该处的线速度要远远大于第一宇宙速度了。另外,前面说过,这梯子最好不要高于36000千米,否则地球的引力将束缚不住梯子的超高线速度带来的离心趋势,导致梯毁人亡或损毁地球。因此这种情况下的答案是:用梯子是无法离开地球的引力圈的,即使梯子不出问题,人们在那个高度的速度也会远远超过第一宇宙速度,答案是否定的。
2,达到逃逸速度脱离地球这种情况下的答案
逃逸脱离地球是与第二宇宙速度有关的,第二宇宙速度又叫逃逸速度,是从地球出发摆脱地球引力的最小速度,公式为V2=√2GM/r≈√2gr,大小为11.2千米/秒。

同理,距地越高的地方逃逸速度越小,咱们可以算一下梯子在多高处的线速度与该处的逃逸速度相等?限于篇幅,直接给结果,大约在5.3万多千米处,速度为3.87千米/秒。也就是说,人攀爬梯子到5.3万公里处时,这人的速度恰好是该处的逃逸速度,刚好可以脱离地球,速度也低于7.9千米/秒的第一宇宙速度,答案是肯定的。不过,要再次提醒,梯子高度超过3.6万千米有风险,梯子如果无比结实,那地球就要遭殃了,最终梯子也架不起来,人也就无法像题目所说的离开地球。
小结:
1,如果达到环绕地球就算离开地球的话,答案是肯定的,人在低于第一宇宙速度的情况下,通过梯子可以离开地球。
2,如果认为只有出了地球的引力圈才算离开地球的话,答案是否定的,用梯子是无法离开地球的引力圈的,人们在那个高度的速度也会远远超过第一宇宙速度。
3,如果认为只有达到逃逸速度脱离地球才算离开地球的话,答案是肯定的,人攀爬梯子到5.3万公里处时,这人的速度恰好是该处的逃逸速度,刚好可以脱离地球,速度也低于7.9千米/秒的第一宇宙速度。
大家都在看
-
从量子科技到元宇宙的崭新探索:中国科技为何引起全球瞩目? 合肥的实验室中,当光量子芯片在-271℃的超低温环境下闪烁着神秘的幽蓝光芒,显示着我国在前沿科技领域的前沿探索;在深圳,柔性屏幕薄如蝉翼,如同丝绸般可卷曲,展现了我国在新材料领域的创新实力;而在上海的生物 ... 宇宙探索03-23
-
显微镜下的奇妙世界:探索微观宇宙的无限奥秘 在我们的日常生活中,眼睛所能看到的世界仅仅是浩瀚宇宙的冰山一角。无数精妙的细节与宏大的结构,往往隐藏在肉眼无法触及的微观尺度之下,静默地运转着。而显微镜的发明,宛如一把神奇的钥匙,为我们打开了一扇通往 ... 宇宙探索03-23
-
《宇宙探索编辑部》追了半生宇宙,才懂平凡人间,才是终极答案 作为看遍各类科幻与现实题材的影评人,很少有一部电影能像《宇宙探索编辑部》这样,没有炫酷特效,没有惊天反转,却用最笨拙、最赤诚的理想主义,戳中无数人心里最软的地方。我们都曾像主角唐志军一样,抱着一份不被 ... 宇宙探索03-22
-
一个国家插入另一个国家? 一个国家插入另一个国家腹地会有什么影响?就像位于西非的冈比亚和塞内加尔。冈比亚占据冈比亚河下游两岸的狭长地带,犹如一把匕首插入塞内加尔中。冈比亚河是西非唯一通航海船的河流,由于冈比亚控制了主航道,内陆 ... 宇宙探索03-22
-
探索微观宇宙,见证科技奇迹!🔍🔬✨ 在这个由精密齿轮构成的微观宇宙里,每个细节都决定着系统的命运。一个微小的错位就能让整个系统陷入停滞,这就是系统的脆弱性,对细节的敏感度超乎想象。而点滴的校准是引导能量流向的关键。当细节被精准把控,能量 ... 宇宙探索03-22
-
第十九章:万灵共振,探索宇宙的奥秘,见证生命的奇迹!🚀✨ 唤醒生机之种的过程成了全银河生灵的共同使命。联盟向所有星球发出号召,用最纯粹的希望与勇气向枯寂星传递意念这两种情感。在法则层面恰是光的存续与暗的革新最鲜活的体现。·一、时间新银河的每一颗星球上,无论是 ... 宇宙探索03-21
-
探索宇宙的奥秘,揭开宇宙的神秘面纱!🔍🔬 宇宙究竟是平坦的还是弯曲的?这个问题让无数科学家和天文迷争论不休,真相究竟是什么?宇宙是否平坦一直是天文学界的一个热门话题。根据广义相对论,如果宇宙是平坦的,那么光线在宇宙中就能直线传播,不会发生弯曲 ... 宇宙探索03-19
-
太空探索:人类如何一步步走出地球,开启宇宙之旅 说起太空探索,很多人脑海里浮现的可能是宇航员穿着厚厚的宇航服,驾驶飞船飞向月球或者火星的画面。但其实,太空探索的故事远比这些画面更精彩、更复杂,也更充满了人类的智慧和勇气。今天咱们就来聊聊,这场人类走 ... 宇宙探索03-18
-
探索宇宙的奥秘,从大爆炸到黑洞,带你走进神秘的星空世界! 先说大爆炸吧。想象一下,138亿年前,整个宇宙其实是一个极其炽热、密度超高的“火球”,比太阳还要热千万倍,空间几乎没有。突然,这个“火球”开始疯狂膨胀,速度快得难以想象,这就是大爆炸。别误会,这不是普通 ... 宇宙探索03-18
-
探索宇宙奥秘:地球的起源与生成之旅🌍✨ 地球的起源与生成过程。耄耋视频。远古时期宇宙的起源和地球的生成是一个宏大且复杂的过程,涵盖了从宇宙大爆炸到地球形成的漫长演变历程。以下是对浩瀚宇宙、地球起源与生成过程的简要概述。宇宙的起源与浩瀚宇宙。 ... 宇宙探索03-16
相关文章
- 探索宇宙的奥秘,从大爆炸到黑洞,带你走进神秘的星空世界!
- 探索宇宙奥秘:地球的起源与生成之旅🌍✨
- 探索未知宇宙苍穹
- 北京天文馆“宇宙探索营”开启\中国人民抗日战争纪念馆卢沟桥抗战半景画全新升级……本周最新博物馆资讯点击——
- 从《宇宙探索编辑部》到《坠落的审判》,他用60余张海报设计解码光影背后的“无序公式”
- 科学家追踪引力波,结果发现更离谱的宇宙事件
- 以光速的20%飞行:科学家展示“实用”光帆探索宇宙
- 看不见的宇宙:暗物质与暗能量的证据、理论与探索
- 美国太空部队:要有攻击中国卫星能力,探索部署攻击性轨道航天器
- “大航天时代”会加速人类探索宇宙的进程吗
- 三种“超光速”现象,告诉你宇宙远比想象疯狂
- 微积分:探索宇宙无限奥秘的钥匙
- 探索月相奥秘,揭示宇宙的奇妙!🌙✨
- 宇宙或许不是无限的,它的总质量已经被推算出来
- 探索宇宙的奇迹,太空站俯瞰地球!🌍✨
- 宇宙探索:人类的火星梦想与深空探测
- 从水火土到夸克 2500年物质探索 重塑宇宙认知
- 暗物质捕手+天文AI,中国科学家把宇宙探索“卷”出新高度
- 航天科技究竟是什么?它为什么能让我们仰望星空,探索宇宙奥秘?
- 未来宇宙探索:与外星文明首次接触,是友是敌?
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
精选文章
- 创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命)
- 中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头)
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
