月亮有引力吗(月亮引力什么时候最大)

摘要： 20世纪60年代，韦恩赫·冯·布劳恩撰写了一系列关于太空飞行的文章，其中一些文章发表在《科普月刊》上。这些文章收集成书，名为《空间前沿》（第一版，霍尔特，莱因哈特和温斯顿）。这是一... 20世纪60年代，韦恩赫·冯·布劳恩写了一系列关于太空飞行的文章，其中一些发表在《大众科学月刊》上。这些文章被收集成一本书，名为《空之间的边疆》(初版，霍尔特、莱因哈特、温斯顿)。这是一本非常通俗易懂的书，讲述了火箭的工作原理以及在太空中的飞行和安全问题空。在其中一篇文章中，wernher von braun解释了为什么卫星可以在地球轨道上保持稳定。文章开头他问，如果我们能像下图这样水平更快地扔出一个物体，会发生什么？“最终，”他写道，“向下弯曲轨道的曲率将等于地球的曲率。”这种说法并不完全正确，但与下面的情况相比，这只是一个小错误。最重要的是，当子弹越来越快时，会达到远离地球轨道的速度。再加上不断变化的向下方向，子弹永远不会靠近地面——它在地球轨道上。这其实是引力平方反比定律的一个奇妙的特殊之处。如果引力不是与平方成反比，这种情况就不可能发生。一般来说，轨道是椭圆形的。下图最初收录于艾萨克·牛顿爵士的《公理》(1687)。之后，韦恩赫·冯·布劳恩(wernher von braun)提出，当子弹以更快的速度射出时，“它的轨迹会减少偏转，因为它的离心力会以更高的速度增加，这将更有效地抵消地球的重力。”物理学家对此感到困惑。离心力？这和卫星运动有什么关系？接着，韦恩赫·冯·布劳恩画了一幅地球轨道上的卫星图。有两种力作用在卫星上:重力，将卫星拉向地球；离心力将卫星推开。他写道:“当一个小质量物体穿过一个大物体的引力场时，如果刚好有足够的离心力来平衡大物体的引力，就会出现圆形轨道。”“如果重力和离心力之间的平衡不完美，...小物体会沿着椭圆路径围绕大物体。”牛顿会怎么说？他还会画出作用在卫星上的力，然后用“力=质量×加速度”的公式来计算，但首先他选择了一个“惯性系”，因为他的定律只在惯性系中起作用。惯性系是指当我们抛球时，球以恒定的速度离开我们(即匀速直线)。因为这种情况并不总是发生在地球上，牛顿选择了包括地球在内的更全面的框架。这个框架类似于太阳系。太阳是静止的，地球绕着它相当精确地旋转，一年一次。这个惯性系类似于韦恩赫·冯·布劳恩提出的模型，因为任何不是惯性的东西都不能很好地与他提出的地球和卫星框架相结合。在惯性系中，如果一颗卫星上有两个大小相等但方向相反的力，就像韦恩赫·冯·布劳恩画的那样，那么它的合力将为零。所以卫星不会加速，它会匀速直线运动。由于绕轨道运行的卫星不是沿直线运动的，所以沃纳·冯·布劳恩的照片和他的解释都不可能是正确的。没有什么可以支撑月亮！事实上，没有什么可以支撑月亮。正如牛顿的惯性系分析所预言的那样，月球完全处于引力的压力之下。换句话说，月球会掉下去，因为在这个框架里，月球上只有一个力:引力。重力给了月球一个加速度。这并不意味着它的速度必须改变，或者它必须更接近地球(尽管这两种情况实际上都将在一个月内发生，这不是一个重要的问题)。如果在万有引力的一般条件下求解牛顿公式F=ma，得到的运动是直线、圆、椭圆、抛物线、双曲线。在自然与纯数学的对应关系中，这些曲线就是我们拿一个圆锥体向任意方向切割时产生的曲线。即使月球的轨道是圆形的，它的运动方向也会改变，这是一个加速度。加速度是速度的变化，也就是说加速度可以改变物体的速度，或者改变物体运动的方向，或者两者兼而有之。)月球和其他所有卫星都会在引力作用下像苹果一样掉下来。苹果的速度变了，但运动方向不变，而月亮的运动方向变了，速度不变。如果月球现在在空上，45分钟后会下降到地球的另一边。届时，向下的方向将完全逆转，月球将再次落到地球另一边的人们手中，并在我们第一次看到它的90分钟后回到我们身边。当然，它永远不会撞到地球，因为它总是有横向运动。月球离引力弱的地方很远，所以要花整整两个星期才能落到地球的另一边。那么，什么是离心力呢？那么为什么要提出离心力的概念呢？如果我们坚持把非惯性系置于牛顿定律之下，那么离心力的发明可以让我们在非惯性系中恰当地标注出来。非惯性系的一个简单例子:考虑一下公交车刹车时会发生什么。起初，每个乘客都向前移动。较重的人感觉到一股强大的力量作用在自己身上，而较轻的人只感觉到一股较小的力量。但是每个人都感受到了同样的加速度。这是一个虚力，因为这是一个我们用来解释为什么会突然加速的力。在街道的惯性系中，这个力是不存在的。真正的力是由地面和客车轮胎之间的摩擦力提供的简单的力，并通过制动器传递给客车车身。这个力加速了公交车的后退或减速。除非乘客坚持住，否则他们会继续往前走，直到车上有别的东西拦住他们。根据我们对参照系的选择，分析乘客为什么往前走有两种力量。在街道的惯性系中，制动力会把公交车向后推，这是惯性系中产生的真实的力。它只在公交车上有效，所以除非我们坚持，否则我们会继续匀速前进。在公交车制动的非惯性系中，力作用在我们身上，而不是公交车。它会推动我们前进，它的力量与我们的体重成正比。比如比我们重一倍的乘客会感受到两倍的力，但我们和他们感受到的加速度是一样的，这无疑比公交车和街道之间的参照系要复杂得多。如此依赖质量的力量是不合适的。我们可以使用非惯性系。如果我们要求牛顿定律在这样一个参考系中成立，那么我们将不得不求助于这个虚力。需要注意的是，虽然汽车刹车时推动我们前进的力通常被认为是虚拟的，但对于公交车乘客来说却是真实的。从基本的观点来解释自然的力量似乎不自然，但这并不意味着这种虚构的力量不是真实的。如果我们足够集中注意力，这种虚力就会消失。“虚”这个词只是指当我们把参照系转换成惯性时，力是不存在的，因为惯性系在物理学中占有非常特殊的地位。然而，作为一种量化公交车乘客在制动时如何倾斜的手段，虚拟力是完全合适的，并且与其他任何力一样真实。像所有其他力一样，它包含在牛顿定律中。离心力也是这样的虚力。当我们分析一个旋转的情况时，因为圆周运动包含了加速度(可能只是方向的变化，不一定是速度的变化)。所以旋转的车架也会加速，就像公交车一样。当公交车拐弯的时候，我们会感受到离心力。如果我们选择一个更好的参照系(比如惯性街道参照系)，那么我们会看到公交车由于轮胎受到路面摩擦而感受到一种力，乘客根本感受不到任何力，直到公交车的速度超过乘客的自然匀速运动，乘客才能被甩到公交车的角落。但是，在非惯性公共汽车参考系中，有一个力将乘客推向侧面。所以离心力是一种虚力，用来使牛顿定律适用于旋转的情况(关于这个问题，科里奥利力是我们在地球温和旋转的情况下引入的另一种虚力，可以用来解释为什么由于压力差而运动的气团会感受到产生风的力)。如果在惯性系中进行计算，离心力与卫星的运动无关。如果选择非惯性系，那么肯定需要用到离心力。但是非惯性系对于解释卫星为什么绕地球运行毫无用处。一个非常直观的例子就是地球同步卫星。它们被放置在距离地球赤道约36000公里的轨道上，其高度与它们绕地球一天的轨道高度完全相同。由于地球在同一个周期内只自转一周，所以这些卫星总是悬停在其表面的同一点上。从惯性系(如太阳系)来看，地球同步卫星并没有什么特别之处。他们只感受到重力，卫星会在地球引力下坠落，同时保持初始火箭强加给他们的侧向运动。但从站在地球表面的人的角度来看，地球同步卫星只是在一个地方徘徊，好像在某种程度上克服了引力。记住，旋转的地球是非惯性系，离心力需要参考牛顿的F=ma公式。因此，我们可以肯定地说，在这个框架中有一个支撑卫星的离心力。但是因为非惯性系不合适，我们被迫构造一个虚离心力。离心力的存在使我们能够在这个非惯性系中进行计算。但是，为了解释为什么卫星是静止的，我们需要选择一个惯性系。在这个框架下，离心力是不存在的，卫星也不是静止的。重力本身是虚力吗？前面我提出，公交车刹车时，我们感受到的力的大小与我们自身的质量成正比。但是重力呢？它还有一个和我们质量成正比的力！重力也可以是虚力吗？没错，这正是现在人们对引力的看法。这就是爱因斯坦广义相对论的内容。爱因斯坦推测，也许我们看待事物的方式是错误的。牛顿认为，卫星的轨道、抛射体的飞行或苹果的下落都是由神秘的重力作用引起的复杂运动。但爱因斯坦把这个问题应用到了Tai 空，认为从曲线时间空的角度来看，卫星、子弹、苹果都是遵循简单运动的，唯一遵循复杂运动的物体是站在地球表面的我们。爱因斯坦观点的改变不仅仅是观点不同，这使他能够做出不同于牛顿理论的不同预测。爱因斯坦的预言在实验中得到了很好的证实。所以引力可以看作是一个虚力。但与我们日常在公交车上的体验相比，是一种“高阶”的虚力。与公交车刹车时推动我们前进的非常均匀的力不同，重力不可能通过简单的情况变化而完全消失。另外，曲线时间空的数学计算比牛顿公式F=ma更复杂。所以在日常使用中，把重力当成一个实力是完全合适的。参考数据1.WJ百科全书2.天文术语3.ucr-东惠美如有内容侵权，请联系作者在30天内删除。转载也请获得授权，并注意保持完整性，注明出处。