作为一种农产品，咖啡从种植园到你手中经过N道工序，其中包括咖啡豆的种植、收获、发酵、晾晒、仓储等过程，这不可避免的会有小动物光顾。......
2024-11-14 144
飞机要飞多高就不受地球引力控制，怎样才能逃出地球引力？
来源：互联网
2024-11-14 08:53:21 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
人们对飞行充满了幻想，网络上有很多这样的问题。比如地球在自转，飞机只要飞到空中不动，一天不就围绕着地球转了一圈，这多省油省力呀。这类问题过去多有回答，有兴趣的朋友可以查阅时空通讯早些时候发过的相关文章，就不多说了。今天说说有些网友提出的：飞机要飞多高才不受地球引力牵扯呢？
飞机飞得再高也受地球引力牵制。因为飞机是依靠空气动力学飞翔的飞行器，是在大气层里活动的，出了大气层，飞机就没有了空气的托举，那两个翅膀和尾翼就没用了，就会掉下来。而且飞机发动机也是需要氧气维持的，到了太高的空中发动机缺氧就会熄火，也是要掉下来的。
目前飞得最快最高的飞机是上世纪60年代老美的X-15A试验机，飞行速度达到6.72马赫（7274km/h），飞行高度最高达到10.8万米。正应了孙悟空的十万八千里之说，不过这里只有10万8千米。但这种飞机已经不能完全算作飞机了，它是以北美航空公司研制的火箭发动机为动力的，严格意义上来说，有点像火箭了。
火箭为什么可以飞到更高的太空呢？就是因为它配备了火箭发动机，而火箭发动机是不需要氧气助燃的，其燃料中配备了阻燃剂，比如用液氢和液氧2：1混合，等于是自己带了氧气燃烧。而且火箭不是依靠空气托举飞升，而是依靠反作用力，往下或往后喷射炽热高速气体推进自身，理论上只要燃料足够，它就可以一直飞。
这时大气层的空气反而成了阻力，所以以后飞往遥远深空的飞船会越来越多的在太空发射或者月球上发射，因为那里没有大气阻力，且重力影响更小。
引力是远程力，理论上作用无限远。飞多久就能够飞出地球引力，这恐怕没有一个止境。因为引力理论上作用无限远，到了天边宇宙边缘，地球的引力理论上也还在，也就是说要完全飞出地球引力是不可能的。但引力又是弱力，其引力大小是与质量成正比，与距离平方成反比的，其遵循的公式为：F=GMm/r^2。
这里，F表示引力大小，G为引力常量，M和m表示引力相互作用两个物体的质量，r为两个物体质点间的距离。从公式可以看出，相互作用的两个物体质量越大，引力越大，而距离越远，引力衰减的越厉害，而且是呈平方级衰减。这样，距离远了，引力就很微弱了。
太空中有各种各样的天体，引力会互相影响。所以虽然引力作用可以到达无限远，但这个无限远只是象征性的，到了一定距离就非常微弱，而且很难感觉和测量到了。这样，根据不同天体质量和天体与天体之间的相互作用，每个天体引力就有了一个影响范围，在这个范围内，引力就能够对其附属物体起作用，出了这个范围，就无法影响了。
这个范围就叫希尔球半径。希尔球半径的计算公式为：r=a*立方根[m/(3*M)]
其中r为希尔球半径，m为被计算希尔球天体质量，M为影响m运行轨迹的大天体质量，a为m公转轨道的半长轴。
根据这个公式，地球的希尔球半径约150万千米，也就是说，在150万千米半径这样一个球形范围，地球的引力起着控制作用，如果到了150万千米之外，地球就管不着了。月球距离我们平均约38.4万千米，因此完全在地球的控制当中，只能够围绕着地球公转。
而月球的希尔球半径约6.14万千米，在距离月球这个范围内，小天体受月球引力牵制，而在这个边缘地带，地月引力产生了一个平衡。
日地拉格朗日点就是在距离地球150万千米处的几个点，在那里地球引力与太阳引力达到了一个平衡，理论上在那里的人造天体不需要燃料或很少燃料，就能长期驻留。事实世界上有很多探测器、空间望远镜就是在这些位置运行。我国2019年发射的鹊桥号中继星，是首颗在地月拉格朗日点L2运行的航天器。
所以严格意义上来说，任何飞行器要飞出地球引力，必须飞到150万千米之外。飞机当然也不例外，但飞机不但无法飞出地球引力，连地球大气层的16千米对流层也飞不出。
要脱离地球引力控制必须达到一定的速度。爱因斯坦广义相对论认为，引力的本质是质量对周边时空导致的扰动和扭曲，这个扭曲的结果就是大质量天体周围充满了引力漩涡或陷阱，要逃脱这个漩涡或陷阱，就必须飞快的跑，就像逃出大海的漩涡一样，必须把船开的飞快，才能够逃脱。
所以，逃脱引力就必须达到一定的速度，引力越大，所需要的速度就越快。也就是说，速度越快就越能够更快的逃出引力的魔掌。上图形象的说明了逃脱引力的方法：爱因斯坦努力的蹬着自行车，才能够避免自己掉落到引力陷阱里去。
根据引力公式，科学家们得出了地球上三个宇宙速度，即第一宇宙速度，每秒为7.9千米，又叫环绕速度；第二宇宙速度，每秒11.2千米，又叫脱离速度；第三宇宙速度，每秒为16.7千米，又叫逃逸速度。
达到了第一宇宙速度，就可以与地球引力抗衡，既不被地球引力所拉下来，也脱离不了地球引力控制，现在的人造卫星和空间站、太空天文台（空间望远镜）等人造天体，就是按照这个速度发射的；达到了第二宇宙速度，就能够脱离地球引力，飞到150千米地球希尔球半径以外的空间，前往其他行星访问，所有前往火星、金星、木星、土星等行星探测器，都必须大于这个速度；达到第三宇宙速度，就能够脱离太阳引力，飞往太阳系以外。
现在的旅行者1号，就是以每秒约17千米的速度向太阳系以外飞去，距离我们已经有223亿多千米了，是人类迄今飞行最远的探测器。
天体脱离速度就是逃逸速度。第二宇宙速度11.2km/s虽然叫脱离速度，实际上就是地球逃逸速度。其实每个天体都有自己的逃逸速度，计算这个速度的公式为：v=√（2GM/R）
这里，v为逃逸速度，G为引力常量，M为被逃逸天体质量，R为天体半径。这个公式是计算一切天体逃逸速度的公式，任何天体根据这个公式计算，都能够得到其逃逸速度。
比如太阳，根据这个公式计算，只要达到617.7km/s的速度，就可以逃离太阳引力。这个逃逸速度是指天体表面逃离所需达到速度，如果距离天体已经有一定距离了，根据引力定律公式，引力已经衰减了很多，这样逃逸速度就不需要那么大了。
比如在距离太阳1.5亿千米的地球位置，太阳的逃逸速度只需要约42km/s，而地球公转线速度为每秒29.8千米，在这里发射航天器，借助地球公转甩力，只需要16.7km/s就既可以逃出地球引力，也能够逃出太阳引力了。
第三宇宙速度计算公式为：v=√（v'^2 v"^2）
v为第三宇宙速度；v’为地球逃逸速度-公转速度42.2-29.8=12.4km；v”为第二宇宙速度。
所以飞机再飞多高也无法飞出地球引力，不受地球引力牵制的飞机是不存在的，而宇宙飞船飞出地球引力就必须遵循引力定律，达到第二宇宙速度，飞到距地球150千米以外，就脱离地球引力了。
就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。
时空通讯原创版权，侵权抄袭是不道德的行为，敬请理解合作。
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
标签：
相关文章
- 详细阅读
- 详细阅读
-
精准计时——从微波钟到光钟详细阅读
计时工具的精度与科技并肩提升。日晷将一天分割为若干个时或时辰，机械钟进一步将一天分割成1440分或86 400秒。作为计时工具，不同厂家制造的钟表必须用同一个计时标准校准，因此，人们想到了地球的自转。......
2024-11-14 345
