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本文基于回答网友问题:一个成人从地球走到月球需要多久?
这是一个瞎扯淡的问题 , 一个成年人光凭两条腿 , 永远也走不出地球 , 又怎么可能走到月球呢?但如果理解为地月距离 , 凭一个健康成年人行走速度 , 需要多久能走这么长的距离 , 这就是个简单小学数学题了 。
地月距离平均为38.4万千米 , 1个成年人按照不快不慢的速度每小时可走约4千米 , 每天按照上班时间来计算 , 走八小时 , 就是32千米 。 这样就要走12110天 , 每年约365.25天 , 就要走约33.16年 。 根据不同人走得快慢 , 每天走的时间多少 , 要走多久就可以根据实际情况调整 。
但做这样一道小学数学题有什么意义呢?
人类如果要离开地球 , 首先就得克服地球引力 , 克服的方法就是速度 , 采用的设备目前主要是火箭 , 飞天的火箭根据前往目的地不同 , 一般要求达到三个宇宙速度其中的一个 。 何谓三个宇宙速度?这是科学家们根据地球引力 , 计算出来与引力抗衡的速度 。
第一宇宙速度为每秒7.9千米 , 达到了这个速度就能够与地球引力抗衡 , 在一定高度围绕着地球旋转 , 既不被地球引力拉扯下来 , 也不会脱离地球引力飞走 , 因此又叫环绕速度;第二宇宙速度为每秒11.2千米 , 达到这个速度 , 就可以脱离地球引力 , 飞向其他的行星 , 因此又叫脱离速度;第三宇宙速度为每秒16.7千米 , 达到这个速度 , 就可以在地球这个位置脱离太阳引力 , 飞往太阳系以外 , 因此又叫逃逸速度 。
还有第四宇宙速度 , 就是脱离银河系的速度 , 这里就不扯远了 。
实际上 , 第二宇宙速度就是地球的逃逸速度 , 也就是可以逃逸地球引力的速度 。 根据地球在太阳系的位置以及与太阳和太阳系其他星球的关系 , 我们可以计算出地球的引力影响范围(希尔球半径)约为150万千米 , 也就是说 , 在这个范围内 , 你没有达到第二宇宙速度 , 最终都要被地球拉拽回来 。
月球距离地球38.4万千米 , 因此依然在地球的引力圈内 , 所以月球才会被地球引力拉扯着围绕自己公转 。 因此人类要前往月球 , 速度就需要达到第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 , 一般要达到每秒10~11千米左右 。
而到达月球并非是一条直线就到达了 , 因为地球在自转和公转 , 月球也在公转 , 而且为了达到更高速度 , 航天器要围绕地球做几圈环绕动作 , 以提升到预定速度 , 因此发射航天器到月球 , 实际行驶的距离远远不止38.4万千米 。
如果按照每秒11.2千米的速度 , 走完38.4万千米 , 只需要不到10个小时 。 但事实上 , 所有航天器前往月球都要飞几天 。
如上世纪阿波罗11号载人登月飞船 , 于1969年7月16日9时32分发射 , 到7月19日才到达月球附近 , 7月20日20点17分43秒实施了在月表登陆;我国2020年11月24日发射的嫦娥五号 , 也是用了4天 , 于11月28日才到达月球轨道 。
发射到月球的航天器 , 速度当然还可以更快 , 甚至超过第三宇宙速度 , 但这样到达月球后刹车的难度就更大 , 刹车距离就更远 , 消耗的刹车燃料就更多 , 就会得不偿失 , 因此一个合适的速度才是最经济效率最高的 。
引力公式为:F=GMm/r^2 , 这里的F表示引力大小值 , G代表引力常数 , M和m表示引力作用双方质量 , r为引力作用双方质心距离 。 从引力公式 , 我们可以看出 , 引力大小与质量成正比 , 与距离平方成反比 。 这就说明距离越远引力衰减得就越快 。
因此 , 所谓三个宇宙速度都是地球表面离开地球需要达到的速度 。 到了月球这个位置 , 脱离地球引力所需速度就小多了 , 根据第二宇宙速度公式v=√(2GM/R)计算 , 在月球这么远的地方脱离地球引力速度“v” , 只需要每秒1.44多点千米就行了 。
但如果你靠近了月球 , 又会被月球引力拉扯 , 这时月球对你的引力就大于地球了 。 月球表面逃逸速度为每秒2.37千米 , 环绕速度要达到每秒约1.7千米 。 因此到了月球附近 , 需要有每秒约1.7千米以上的速度才能够不被月球拉扯下去 , 每秒2.3千米以上速度才能逃出月球引力 。
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