假设无视空气阻力,在地上朝远方投一颗球。愈用力投球,球就飞得愈远,不过最后球还是会因重力而坠落。如果投球的力量够大,或许球在掉落之前就能绕行地球一圈了(如图3)。这就是人造卫星的原理。
为什么人不会被扔到太空中?
原来如此!
因为地球上的人受到离心力与地心引力的影响,而“地心引力”大于“离心力”!
人站在地球上。这对我们来说天经地义,可为什么我们人类得以站在地球上,不会被甩飞到宇宙里呢?
地球的自转是24小时一圈。赤道周长约4万公里,所以在赤道上的移动秒速甚至来到米上下。与此同时,旋转中的物体上又有“离心力”在运作。这是一种从旋转中心向外牵引的力量。换言之,站在地球上的我们,假如只受离心力影响,就会被地球扔飞到太空中。然而实际上并非如此,那是因为我们身上有“地心引力”。
所有的物体彼此都会受到两者间交互吸引的力量(引力)所影响,地球与地球上的物体也会互相拉拽。地球的重量约有6,,,兆吨之多,它可以强力拉住我们。而且离心力不过只有地心引力的三百分之一,所以人不会被地球扔出宇宙(图1)。
物体身上来自地球的引力和离心力的总和称为“重力”。受重力影响,物体会在一定的加速度下往下掉。这叫做“重力加速度”,又写作“G”。重力的大小借加速度的大小来表示,其G值约为每平方秒9.8米。我们就是从地球上承受了这么大的重力加速度。
地球的“重力”非常大
图1向地球中心牵引的引力胜于地球所产生的离心力,所以人类不会被地球甩到太空中。
假使地球自转的离心力比地球的引力还强的话,那人类就会被甩飞到宇宙里。
人造卫星为什么会持续绕飞地球?
因为人造卫星克服了地球的重力,得以用与离心力相抗衡的速度飞行。
绕行行星周围的星球叫做卫星。月球就是地球的卫星。而所谓的人造卫星,指的是一种人造产品,人类用火箭将其送到地球上空,让它围绕着地球,像卫星一样运行(图2)。人造卫星会持续绕飞地球,不会掉落。这是因为它正以不会掉下来的速度飞行。也就是说,那是一种可在落下前绕着地球旋转的速度。
假设无视空气阻力,在地上朝远方投一颗球。愈用力投球,球就飞得愈远,不过最后球还是会因重力而坠落。如果投球的力量够大,或许球在掉落之前就能绕行地球一圈了(图3)。这就是人造卫星的原理。
另外,人造卫星也会受到离心力作用的影响。虽说这种力量跟重力是反方向,但人造卫星却能以取得重力与离心力两者平衡的速度飞行,借此构建出不会掉落的方法。克服重力,贴近地球表面却不会落下的绕行速度为每秒7.9公里以上。这真是我们难以想象的速度。
年6月10日,我国第一颗静止气象卫星FY-2A正式投入使用。“FY-2A”就是一款长期在上空观测气象的地球同步卫星。由于这种卫星以24小时为基准,向地球自转的方向同步飞行一周,看起来就像时常处于相同位置静止不动,所以又称为地球静止卫星。
以秒速7.9公里以上飞行的卫星不会掉落
人造卫星正在绕行地球(图2)人造卫星正在绕行地球。一直在拍摄日本的地球同步卫星,是以与地球自转转速相同的速度绕行。
图3假使没有空气阻力,并以每秒7.9公里以上的速度投球,那么这颗球就能克服地球的重力,在地球上空绕圈飞行。