Пушка Ньютона
Огонь пушечный снаряд быстрее и быстрее с вершины горы, пока он орбита, а затем убегает.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Пушка Ньютона
Что это? Исаак Ньютон представил пушку на горе, которая была бы такой высокой, что она поднималась из воздуха. Выстрелить в шар медленно, и он опять упадет вниз. Выстрелить достаточно быстро, и земля под ним искривится так же быстро, как он падает, так что он никогда не приземляется. Это орбита.
Как использовать: Установите скорость запуска с помощью ползунок или кнопку скорости, а затем нажмите кнопку огня. Ранее снимки остаются на экране, чтобы вы могли их сравнить.
Как быстро?
- Ваш выстрел
- Реактивный пассажирский самолет, около 900 км/ч (0,25 км/с)
- Винтовочный патрон, около 1 км/с
- Скорость орбиты
- Скорость утечки
Гора нарисована гораздо выше, чем любая реальная, так что вы можете ее увидеть. Сопротивление воздуха игнорируется.
Попробуйте это
- Нажмите "Реактивный самолет" и огонь, затем "Рыбка пуля" и огонь.Примечание: Оба падают обратно вниз почти сразу. Даже очень быстрые повседневные вещи далеко не достаточно быстро, чтобы орбиту.
- Нажмите "Скорость орбиты" и стреляйте.Примечание: Мяч проходит весь путь вокруг и возвращается к пушке. Он падает все время, но он продолжает не достигать земли. Вот как Международная космическая станция остается вверху.
- Огонь немного медленнее, чем скорость орбиты, а затем немного быстрее.Примечание: Медленнее: он изгибается вниз и приземляется на части пути вокруг. Быстрее: круг растягивается в длинный овал, который качает далеко и возвращается.
- Нажмите "Скорость побега" и стреляйте, затем переключите планету на Луну.Примечание: На скорости ухода шар уходит и никогда не возвращается. На Луне, с ее более слабой гравитацией, орбитальная скорость составляет всего около 1,6 км/с.
Идеи, лежащие в основе
Почему шар не падает?
Поверхность Земли искривляется вниз примерно на 5 метров за каждые 8 километров, и все, что падает, падает примерно на 5 метров в первую секунду. Таким образом, мяч, движущийся в стороны со скоростью около 8 километров в секунду, падает на 5 метров каждую секунду, а земля отступает на 5 метров. Он никогда не приближается к земле.
Почему такая высокая гора?
На Земле гора здесь около 510 км в высоту (8% радиуса Земли), выше, чем Международная космическая станция летит (около 400 км), так что шар начинает почти над всем воздухом. Вниз в воздухе, сопротивление замедлило бы и нагреть мяч задолго до того, как он достиг скорости орбиты. Вот почему настоящие ракеты поднимаются из воздуха сначала, а затем ускоряется вбок.
Источники: массы и размеры планет из NASA/JPL (bodies.json); траектории - это точные орбиты двух тел. Скорости в повседневной жизни - типичные круглые цифры: реактивные пассажирские самолеты летают со скоростью около 900 км/ч, а пули покидают ствол примерно на 0,7-1,2 км/с, около 1 км/с для быстрого выстрела.
Притяжение каждого объекта к любому другому. Гравитация Земли тянет все в направлении своего центра, поэтому вещи падают.
Подробнее в глоссарии →Путь чего-то, что продолжает падать вокруг планеты или звезды, не попадая в нее, потому что оно достаточно быстро движется в сторону.
Подробнее в глоссарии →Скорость, с которой вы должны идти вбок, чтобы облететь планету на определенной высоте без падения или улета. Немного выше воздуха Земли это около 7,8 км/с.
Подробнее в глоссарии →Скорость, необходимая для того, чтобы покинуть планету навсегда, никогда не возвращаясь назад. От поверхности Земли это около 11,2 км/с, не считая воздуха.
Подробнее в глоссарии →Воздух, толкающий движущийся объект и замедляющий его. Этот инструмент это игнорирует; настоящая пушечная пуля, выпущенная с такой скоростью, была бы остановлена и сожжена воздухом.
Таблица данных (альтернативный текст)
Медленнее круговой скорости: она падает назад. Между круговой и скоростью ухода: она орбитирует. На или выше скорости ухода: она уходит навсегда.
| Планета | Скорость круговой орбиты | Скорость побега здесь |
|---|---|---|
| Земля | 7,61 км/c | 10,8 км/c |
| Луна | 1,62 км/c | 2,29 км/c |
| Марс | 3,42 км/c | 4,84 км/c |
Инструменты и уроки используют упрощенные модели только для обучения. Они не должны использоваться для навигации, планирования миссий или любого оперативного решения. Сертификаты бесплатны и не аккредитованы. Прочитайте оговорку об образовательном контенте