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探索宇宙三大速度:解析第一、第二、第三宇宙速度的科学原理

时间:2023-07-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:“要想让飞上去的宇宙飞船不掉下来,就要达到第一宇宙速度。”“小铁”老师真有几分惊讶了,“那你倒是说说,这第一宇宙速度究竟是多少?”“第一宇宙速度是每秒7.9千米。”“如果它的速度再加快,达到了每秒钟11.2千米,也就是第二宇宙速度,地球引力就彻底拉不住它了。”“您还需要我讲当飞船达到每秒钟16.7千米的第三宇宙速度后飞出太阳系的原理吗?”

探索宇宙三大速度:解析第一、第二、第三宇宙速度的科学原理

正式开营之后,孩子们的生活就开始进入程序了——上课。不过,说实话,他们对此相当不满意——这些孩子平时在学校的生活就是没完没了地听课,没想到来到夏令营居然还是这种“待遇”!

“1961年4月12日,人类有史以来第一次升入太空。”老师在上面讲道,“人类想要升入太空,靠气球和飞机行不行呢?当然不行!而且升入太空需要非常大的推力和速度。不信的话,你扔块石头到月亮上去试试……看这里看这里,不听明白了,你们将来怎么飞出地球啊!你们都懂了吗?”

在讲台上讲课的是个戴眼镜的年轻老师。他说他姓胡,可大家背地里都叫他“铁”老师,据说因为他很少笑的缘故——反正大家就这么“小铁”“小铁老师”地叫着。

“那位同学!你是怎么回事?”“小铁”老师敲打起桌子来。“凉水”一下子被惊醒了,连忙把目光从窗外收回来。“你是不是以为我是在给窗外的小鸟讲课呢?你都会了吗?”

不知道“凉水”是傻了还是真的都会了,他居然点点头。

“嘿!”这下“小铁”老师更不高兴了,“那你倒是说说,人类应该怎么飞出地球?”

“不知道,不知道!”“凉水”连忙一边摆手一边改口,“我不知道。”

“小铁”老师满意地看了他一眼:“不知道,就要好好听——我敢说你们没一个真正清楚宇航是怎么回事的。”

“老师,我可以说吗?”没想到薛强举起了手。“小铁”老师不知道这个平时很老实的营长要干什么,只好指指他。

站在窗外的星河心想:这下可有好戏看了。别看这孩子平时不太说话,可真要倔强起来才有意思呢。

“因为在宇宙空间里没有空气,所以,靠气球和飞机飞出地球当然不行。但是,我们可以利用火箭把宇宙飞船送出地球去。”薛强得到“小铁”老师的同意之后,勇敢地站起来侃侃而谈,“就像您刚才所说的,必须达到一定的速度。”

“小铁”老师疑惑地看着薛强,好像还是不相信他能说出个子丑寅卯来。

“要想让飞上去的宇宙飞船不掉下来,就要达到第一宇宙速度。”

“嗬,连第一宇宙速度都知道?”“小铁”老师真有几分惊讶了,“那你倒是说说,这第一宇宙速度究竟是多少?”

“每秒钟7.9千米!”kika突然插话。

“每秒钟7.9千米!”“凉水”抢着说,不过,还是比kika慢了一步。

“你又知道了?”“小铁”老师盯着“凉水”问道。

“不知道,不知道!”结果“凉水”又缩回去了。

“第一宇宙速度是每秒7.9千米。”薛强重复了一句,“老师,我可以上去画个图吗?”

“小铁”老师更惊讶了,但只得点点头。于是,薛强走上前去,一边在黑板上画图一边讲解起来。

“假如我们能让一块物体以每秒钟7.9千米的速度在空中沿着水平方向向前飞行,那么,它在1秒钟之内就沿着直线方向飞行7.9千米,与此同时,它也会被地球引力拉下来4.9米。”薛强比比划划,边画边讲,“可是,我们的地球是球形的,所以,在这7.9千米的水平路程中,地面正好也向下弯了4.9米——结果这个物体的实际飞行高度就不会变,于是就变成了环绕地球旋转的人造卫星。”

“咱们说的是飞船……”“小铁”老师有点儿强词夺理了。

“老师,您别着急。”薛强一边修改示意图一边说,“如果这个物体的速度超过了每秒钟7.9千米,比如达到每秒钟9千米了……物体在1秒钟之内被地球拉下来的距离还是4.9米,沿着直线方向却飞出了9千米。而在这9千米的水平路程当中,地面向下弯进的距离已经超过了4.9米,因此,它跟地面之间的距离就拉大了,也就是说它升高了。”

没想到真讲起来,原来十分镇定的薛强还是有点儿紧张,越说越着急。

“在这个不断升高的过程里,物体的速度因为受到了地球引力的影响,会渐渐地慢下来。最后它就不再上升,而是往下掉了。可在它往下掉的过程中,地球引力又会使它的速度不断加快。当速度加快到每秒钟9千米时,它又开始往上升了……”(www.xing528.com)

尽管开着空调,可薛强还是满头是汗。“小铁”老师在一旁嘲弄地看着他。

“你还是没有飞出去。”

虽说“小铁”老师仍然不肯认输,但他看得出来,薛强确实已经彻底明白宇航是怎么回事了,只是讲得还不大清楚。

“您别着急。现在它飞行的轨道已经成椭圆形了,已经按照椭圆形的轨迹在绕地球旋转了。”kika十分仗义地站起来接过薛强的话。“当一个物体的速度超过了每秒钟7.9千米以后,它的速度越快,椭圆形轨道也就越扁。当速度达到每秒钟11.1千米时,椭圆形轨道的长度就超过了地球到月球的距离——这块石头就能扔到月亮上去了。”

“如果它的速度再加快,达到了每秒钟11.2千米,也就是第二宇宙速度,地球引力就彻底拉不住它了。”薛强平静了一会儿之后,终于恢复了镇定,“这时它就会摆脱地球的引力,成为太阳系的一颗行星,可以绕着太阳旋转了——也就是一艘航行在太阳系内的宇宙飞船。”

薛强停下来看着“小铁”老师。“凉水”在旁边幸灾乐祸地偷偷笑了。

“您还需要我讲当飞船达到每秒钟16.7千米的第三宇宙速度后飞出太阳系的原理吗?”

“不用了。你回去吧。”“小铁”老师好像一只斗败了的公鸡

“老师,其实这些我们早都知道了。”“琥珀蓝”有点儿于心不忍,安慰“小铁”老师说,“我在家看的科普书比您讲的……更有意思。”

“原来你们觉得我讲课没意思。”“小铁”老师显然有些不高兴了,他自己一直觉得他讲的课挺有意思的呢,“那你们倒是说说,这课应该怎么讲才更有意思?”

“比如说做些实验什么的?”“凉水”小声嘀咕了一句,但看看没人应和,也就不再做声了。

“都有哪些同学觉得没意思?”

“琥珀蓝”首先举起手来,薛强也跟着她举起手来。但接下来就没人响应了。虽然大家也都觉得这课上得没意思,可真到了表决的时候,还是不敢太放肆。石楠没有举手,也许她确实不觉得没意思,有意思的是kika也没举手。这时“首长”再不举手,支持“课讲得没意思”的人可就更少了。“凉水”四下看了看,哆哆嗦嗦地举起了右手,同时还语无伦次地说道:

“其实……也不是完全……一点儿意思没有……”

小姑娘没参与这场争执,只是觉得“凉水”太没意思,“哼”了一声把头扭向窗外,那意思好像是在说:我弃权!

“小铁”老师的脸上确实不大好看了,可当他发现钟铭坐在那里没有举手时,仿佛抓到了救命稻草。

“你们看看,你们那么大了还不如一个小朋友,这位小同学都不觉得没意思。”

“小铁”老师走过去,慈爱地摸了摸钟铭的头。

“老师,你在说什么?”钟铭揉揉眼睛,慢吞吞地说道。

“你觉得老师讲的课有意思吗?”

“我不知道。”钟铭依旧慢吞吞地说道,“我刚才在睡觉。”

这下可真把“小铁”老师给气坏了,他把教案往桌上一摔,说道:

“那好吧,谁讲课有意思,你们就请谁来讲吧!”

这下孩子们都有点儿傻了,也不知道怎么办才好了。

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