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

  • 探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知

    探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知 本文由AI创作 抬头仰望深夜星空,漫天星辰静谧闪烁,浩瀚苍穹无边无际。渺小的我们望着这片深邃夜空,总会心生疑惑:宇宙从何处诞生,到底有多大?星河之中是否存在其他生命?无数神秘谜题,深深吸引人类不断探索追 ... 宇宙探索05-10

  • 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量

    宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量一个令整个物理学界困惑的发现1998年,两个独立研究团队在观测遥远的Ia型超新星时,发现了一个令所有人震惊的事实:宇宙的膨胀速度不仅没有因为引力而减缓,反而在 ... 宇宙探索05-10

  • 科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙!

    科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙! 科学家意外发现"太空捷径"。星辰视频。往返火星仅需五个月,科学家意外发现"太空捷径"或颠覆传统认知。一项发表于《宇航学报》的研究揭示,通过分析近地小行星2001CA21的早期轨道数据,科学家意外找 ... 宇宙探索05-09

  • 宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇

    宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇 星系演化:宇宙岛的百亿年传奇当你在晴朗的夜晚仰望星空,用望远镜指向仙女座方向,你会看到一团模糊的光斑——那是距离我们254万光年的仙女座星系(M31)。它和我们的银河系一样,是一个由数千亿颗恒星组成的巨大&# ... 宇宙探索05-09

  • 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕

    宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕它的名字是一个美丽的历史误会。18世纪的威廉·赫歇尔用望远镜观察时,觉得这些天体圆润而朦胧,酷似他刚发现的天王星(当时称为"行星")。于是他将其命名为" ... 宇宙探索05-07

  • 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器

    宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器当你在地球上用粒子加速器把质子加速到接近光速,需要建造长达几十公里的巨型装置。而在宇宙中,天然的"粒子加速器"遍布各处——从脉冲星的磁层到星系中心的 ... 宇宙探索05-07

  • 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移

    宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移2008年,一组天文学家在分析WMAP卫星的宇宙微波背景辐射(CMB)数据时,发现了一个令人不安的现象:成群的星系团似乎正在以惊人的速度——每秒约1000公里——朝宇宙中同一个 ... 宇宙探索05-07

  • 人类为什么要探索宇宙?

    人类为什么要探索宇宙? 你有没有想过一个细思极恐的问题:我们用詹姆斯・韦伯望远镜能看到 135 亿光年外的星系,能拍到黑洞的照片,能把探测器送到火星和冥王星。但我们,永远也飞不出太阳系。这不是科幻小说里的悲观预言,而是基于现有物 ... 宇宙探索05-04

  • 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程

    探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程2024年10月,我国发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,明确将“地外生命探寻”列为核心任务,正式开启迈向宇宙深处、寻找生命踪迹的科学征程 。这是我 ... 宇宙探索04-30

  • 4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索

    4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25