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【腦洞】用無限長的梯子,如果沒有達到第一宇宙速度,能否離開地球?

雖然無限是一個相當虛幻抽象的概念, 物理學上相當忌諱使用任何「無限」的定義, 但這仍舊是一個相當有意思的問題。 我們暫且不說「無限長」的梯子, 或許用「足夠長」更容易接受。

足夠長的梯子, 就不需要考慮梯子的材料能否承受如此大的質量這種問題, 我們只是在做思想實驗, 盡情地想象。

在進行思想實驗之前, 需要簡單了解下宇宙速度方面的知識。

我們都知道, 萬物之間都有引力, 尤其是大質量天體, 引力就更加明顯, 比如說, 正是地球的引力束縛著我們, 讓我們能夠安全地站在地球上。 而要克服地球的引力離開地球, 有兩種方式。

第一最直接的方式, 就是像問題中那樣, 有一個足夠長的梯子, 然后你沿著梯子一直向上爬, 直到爬到地球的引力范圍(理論上地球的引力范圍是無限的, 但實際上還有很多其他天體, 這種無限是不存在的)。

第二種就是利用宇宙速度的概念, 如果速度足夠快, 就可以沿著地球做圓周運動而不會掉來來, 這就是我們常說的第一宇宙速度。

第一宇宙速度約為7.9千米每秒。

但這個速度不足以讓你離開地球, 如果想離開地球, 還需要提高速度, 達到第二宇宙速度, 也就是11.2千米每秒, 這時候你就可以逃離地球, 脫離地球的引力范圍了。

而題目中的問題就是使用第一種方式。 物理學上有一個概念:希爾球, 簡單來講就是天體的引力范圍, 除了這個范圍(希爾球), 就算是離開了天體的引力束縛, 不受天體控制。

希爾球的半徑計算公式為:r≈a³√m/3M, a代表天體半徑, m為物體質量, M為天體質量。 根據這個公式可以計算出地球的希爾球半徑為150萬千米。

也就是說, 當你在150萬公里之外, 就算是離開地球的引力束縛了。 不過, 如果梯子的高度達到了36000千米(地球靜止軌道高度), 超過的梯子部分線速度會大于環繞速度,

意味著梯子的超出部分會因為離心趨勢而導致梯子徹底損毀, 你也會因此死亡。 如果梯子非常非常結實不會毀滅, 那麼只有地球毀滅。

所以, 結果就是, 無論這個梯子有多長, 你都不可能逃出地球。

這也是為什麼人類在發射衛星和各種探測器時, 都會選擇用速度的方式逃離地球引力,因為一旦速度達到了,之后就不需要任何動力就可以離開地球了。

這就像我們騎腳踏車上坡,上坡之前肯定都會先加速,這樣上坡時才不怎麼費力,輕松就能上去。如果上坡前不加速,你也能上坡,但需要花費很大的力氣才行,首先你得保證你有足夠大的力氣。

都會選擇用速度的方式逃離地球引力,因為一旦速度達到了,之后就不需要任何動力就可以離開地球了。

這就像我們騎腳踏車上坡,上坡之前肯定都會先加速,這樣上坡時才不怎麼費力,輕松就能上去。如果上坡前不加速,你也能上坡,但需要花費很大的力氣才行,首先你得保證你有足夠大的力氣。

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