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牛顿大炮:飞船要怎么才能发射入轨?

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发表于 2019-8-17 14:06:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qcyfred 于 2019-8-17 23:13 编辑

Orbiter玩家,或者坎巴拉太空计划的玩家,你们可能会对“怎么才能把飞船发射入轨”这个问题感到好奇。
没关系,我们先来思考一个问题。
扔出去的石头总会落回地面,而当用更大的力往前扔石头,也飞得越远。那么,如果我们用一门大炮把炮弹以非常高的速率发射出去,当炮弹快到一定的程度,那它会不会就不会掉回地面,一直绕着地球“向前”飞行呢?
这就是著名的“牛顿大炮”的故事,也是牛顿在“大脑”里做的一系列“理想实验”。所谓“理想实验”,又叫做“假想实验”,它是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法。正是基于“牛顿大炮”这个经典理想实验的推论,我们才可能发明宇宙飞船和人造卫星。
一个水平抛出的物体,其运动轨迹为一条抛物线。这是因为其水平方向受力为0,水平加速度为0,而竖直方向受力为自身的重力,竖直方向加速度为重力加速度g=9.8米/秒^2。根据垂直方向自由落体的结论,平抛出去的物体每秒将下落s=4.9米(h = 1/2 * g * t^2)。

牛顿大炮:飞船要怎么才能发射入轨?-6232

图中三个角的大小相等。
两直线平行,内错角相等。
直径所对的圆周角为直角。
                              
巧合的是,地球刚好是一个球体。在地球这个“球面”上,水平方向上每前进7.9千米,竖直高度就会下降4.9米。地球的平均半径为6371千米。
设在地球表面水平抛出一个物体,初始速度为x米/秒,在图中方向向右。抛出物体1秒钟后,它将朝右运动x米,同时向下运动4.9米。

第一宇宙速度

牛顿大炮:飞船要怎么才能发射入轨?-7204

因此,如果飞船的水平初始速率高达7.9km/s,将“一直朝着地面下坠,但永远不会掉到地上”。我们把7.9km/s称为“第一宇宙速度”。第一宇宙速度是飞船在地球表面围绕地球飞行的最低速率。确切地说,“第一宇宙速度”其实应该是“第一宇宙速率”。如果飞船水平飞出,且初始速率达到了7.9km/s,飞船将成为地球的“卫星”,不再需要自身动力的支持,在“地心引力(万有引力)”的驱动下,就能围绕地球做匀速率圆周运动了。

太平洋上空的ISS

牛顿大炮:飞船要怎么才能发射入轨?-8252

位于太平洋上空的国际空间站。
发表于 2019-8-17 16:38:46 | 显示全部楼层
看不懂还硬看。。。
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发表于 2019-8-17 17:08:03 | 显示全部楼层
文科生表示真的无能为力
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发表于 2019-8-17 18:29:02 | 显示全部楼层
太专业了玩不了!这个了解下就行。谢谢分享。
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发表于 2019-8-17 19:44:29 | 显示全部楼层
不是万有引力提供向心力就完事了吗
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楼主 发表于 2019-8-17 23:04:18 | 显示全部楼层
123321123 发表于 2019-8-17 16:38
看不懂还硬看。。。

还留了言评了论
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楼主 发表于 2019-8-17 23:10:57 | 显示全部楼层
xbin0729 发表于 2019-8-17 17:08
文科生表示真的无能为力

其实就是如果速度够快,就可以关掉发动机绕着地球飞啦。应该是在高中物理课上会接触到这个话题。文科生的话,我记得地理也讲过类似的吧,地球公转,月球公转啥的。
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楼主 发表于 2019-8-17 23:11:43 | 显示全部楼层
ynwxsb 发表于 2019-8-17 18:29
太专业了玩不了!这个了解下就行。谢谢分享。

直接截图写教程更实用啦。下次~下次~~
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发表于 2019-8-17 23:11:54 | 显示全部楼层
这不就是高中物理必修2的万有引力和航天吗.....
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楼主 发表于 2019-8-17 23:12:45 | 显示全部楼层
j鲜生 发表于 2019-8-17 19:44
不是万有引力提供向心力就完事了吗

站在2019年,这自然是很自然的事了。
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楼主 发表于 2019-8-17 23:14:30 | 显示全部楼层
飞行人生123 发表于 2019-8-17 23:11
这不就是高中物理必修2的万有引力和航天吗.....

哈哈哈哈,玩游戏顺便复习物理
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发表于 2019-8-18 00:07:20 | 显示全部楼层
太专业了玩不了!
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发表于 2019-8-18 19:40:35 | 显示全部楼层
太专业了,666666
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发表于 2019-8-18 19:40:55 | 显示全部楼层
根据垂直方向自由落体的结论,平抛出去的物体每秒将下落s=4.9米(h = 1/2 * g * t^2)。
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