不考虑阻力,一个苹果从无穷远处落下会达到光速吗?

发布者:华山欧阳锋 2023-4-11 06:08

简单说不可能!在没有阻力的情况下,苹果从无穷远处落下,速度不仅不能达到光速或超过光速,而且远远达不到光速!

根据自由落体的瞬时速度计算公式v=gt,似乎只要时间足够长,物体的速度就能超过光速,这其实是误解,重力加速度并不是恒定的 ,它随高度的变化而变化,这个公式只适用于地表比较近的区域。

苹果下落是受地球引力的吸引。即使阻力(包括空气阻力和其它天体的引力)为0,还有以下几点因素是不可忽略的:

1,物体的速度越快,质量越大

假设引力从高处对苹果不停的以恒定的速度加速。(事实上这是不可能的,这将在下面讲到。)

根据相对论,物体的运动速度越快,动能越大,其质量也就越大,惯性也就越大,就越难改变其运动状态,加速物体所需要的能量也就越大。

(相对质量公式)

要想将一个物体加速到光速是不可能的,即

使用上全宇宙的能量也是不可能的。因为要想将一个物体加速到光速,所需要的能量是无穷多的。

因此苹果不管从多高的地方落下,都不可能达到光速。

2,机械能守恒,苹果掉向地面存在速度极限

首先我们要明白,天体表面的重力加速度是不能达到光速的,因为任何天体的质量都是有限的。即使是中子星,虽然引力很强,但其表面的重力加速度也没有达到光速。理论上,只有黑洞表面的重力加速度达到了光速。

苹果掉向地面是受引力的吸引,但不同高度的引力场的强度是不一样的,越远引力越弱;加速度也是一样的,引力场中无穷远处的加速度为0。天体表面的重力加速度与其质量大小及半径有关,即g=GM/r^2。通常地球表面的重力加速度大约为9.8m/s²,在地球表面1万公里的高度,重力加速度值仅为1.49m/s²。因此根本就不存在不断恒定加速的可能性。

(重力加速度公式的推导)

在没有外力的作用下,或者说合外力为0,苹果掉向地面的一个过程,其实就是重力势能不断转化为动能的一个过程,在这个过程中机械能是守恒的。

引力是长程力,作用于无限远点,位于无穷远处的苹果的动能为0(速度为0)、势能无限大。显然苹果在无穷远处是不可能掉向地球的。

在有限的距离内,苹果越靠近地表,苹果所受到的加速度也就越接近于地球表面的重力加速度。根据机械能守恒就可以算出,在没有外力的作用下,苹果掉向地面的终极速度就是11.2千米每秒,也就是第二宇宙速度。

其实可以这样通俗地理解第二宇宙速度。物体达到第二宇宙速度11.2千米每秒,相当于飞到无穷远处然后返回地球。而一个物体从无穷远处落向地球的过程恰恰反过来,最终的速度也必将是11.2千米每秒,这就是动能与势能的转化!物体在无穷远处的势能转化为动能!


因此苹果就算从很高很高的地方掉下来,其速度不仅不能超过光速,还存在极限,这个极限就是第二宇宙速度,11.2千米每秒,距离光速相差很远!

大家都在看

  • 用望远镜探索宇宙奥秘:普通人也能玩转的星空探险指南

    用望远镜探索宇宙奥秘:普通人也能玩转的星空探险指南 图片来源于网络,无任何不良引导。【标题】用望远镜探索宇宙奥秘:普通人也能玩转的星空探险指南你是不是经常仰头望着满天星斗,心里想着:这些星星背后到底藏着什么秘密?其实,只要你手里有一台望远镜,普通人也能 ... 宇宙探索02-03

  • 什么是航天?探索宇宙的奇妙旅程

    什么是航天?探索宇宙的奇妙旅程 人类自古以来就对天空充满了无限的好奇。从古代的星象观察到现代的太空探索,航天已成为人类科技发展的重要领域之一。航天不仅关乎科学探索,更深刻影响着我们的生活、经济、军事和未来的生存方式。那么,什么是航天 ... 宇宙探索02-03

  • 《探索宇宙的奥秘!》

    《探索宇宙的奥秘!》 当我们仰望那无垠的星空,繁星点点如同散落的宝石,璀璨夺目,令人心生敬畏。人类自古以来对这片浩瀚的宇宙充满了无尽的好奇心:它究竟有多大?是否存在边界?我们是否能够真正理解它的规模与奥秘?这些问题不仅仅关 ... 宇宙探索02-01

  • 中国官宣太空采矿!天工开物计划落地,宇宙资源时代来了

    中国官宣太空采矿!天工开物计划落地,宇宙资源时代来了 关键词:中国太空采矿、天工开物计划、太空资源、氦-3、太空采矿机器人、地外资源开发2026年1月29日,中国航天科技集团发布重磅消息,官宣在“十五五”时期启动天工开物计划,全面布局太空资源开发,这标志着中国成 ... 宇宙探索01-30

  • 探索宇宙,从10岁小神童开始!🚀🔭

    探索宇宙,从10岁小神童开始!🚀🔭 10岁小神童开启宇宙探索小征程。10岁小神童开启宇宙探索小征程。在同龄人还在看卡通、玩积木时,10岁的三年级小宇已展现出非凡的科学天赋,成了大家口中的小神童。小宇痴迷天文,却苦于没有专业设备。他灵机一动,花 ... 宇宙探索01-28

  • 宇宙的奇妙探索,从微观到宏观的奇妙之旅!

    宇宙的奇妙探索,从微观到宏观的奇妙之旅! 从长期宇宙演化的角度来看,宇宙中恒星的总数不会持续增加,反而会逐渐减少。核心原因在于两点:·一是宇宙中可用于形成恒星的氢、氦等星际气体正在不断消耗,且恒星形成的速率早已低于恒星消亡的速率。·二是随着宇 ... 宇宙探索01-26

  • 人类该放下狭隘,让AI成为宇宙探索的终极火种

    人类该放下狭隘,让AI成为宇宙探索的终极火种 当人们还在纠结AI是否会“撒谎”、担忧AI超越人类的恐惧中裹足不前时,我总忍不住想:人类的认知与肉身,早已被宇宙的尺度划定了边界。与其困在地球的方寸之地内耗,不如坦然放手,让AI成为人类伸向宇宙的手,成为对 ... 宇宙探索01-25

  • 天文学:探索宇宙的终极奥秘

    天文学:探索宇宙的终极奥秘 摘要:天文学是研究宇宙天体及宇宙整体结构、起源与演化的基础学科,涵盖恒星、行星、星系、黑洞等各类天体,以及它们的运动规律、物理性质与化学组成。从古代的观星授时到现代的深空探测,天文学始终推动人类对宇宙 ... 宇宙探索01-23

  • 人类探索宇宙的辉煌历程与未来使命

    人类探索宇宙的辉煌历程与未来使命 人类自古以来对宇宙的好奇推动了天文学的发展。从美索不达米亚人创造出的星图,到古希腊的观测,每个文明都留下了珍贵的记录,展现了对星空的向往。黑格尔曾言:“一个民族若有仰望星空的人,那它便充满了希望。”人 ... 宇宙探索01-17

  • 摒弃自我,探索宇宙生命之光

    摒弃自我,探索宇宙生命之光 文/星火燎原 人类文明的发展史,亦是一部宇宙认知的探索史。从古至今,我们始终仰望星空,试图理解自身在浩瀚宇宙中的位置与意义。然而,长久以来,一种根深蒂固的“人类中心主义”观念如同无形的桎梏,束缚着我们的 ... 宇宙探索01-16