TẠI SAO MẶT TRĂNG KHÔNG RƠI XUỐNG TRÁI ĐẤT

Tại sao Mặt trăng không rơi xuống Trái đất? Đối với vấn đề đó, tại sao bất cứ thứ gì quay một vật thể lớn hơn lại không rơi vào vật thể lớn hơn?


Bạn đang xem: Tại sao mặt trăng không rơi xuống trái đất

belisarius - mùa thu không phải là lý do khiến nó di chuyển. Nhưng nó chính là lý do khiến nó liên tục biến ...
Tôi không biết tại sao, nhưng làm thế nào thì dễ giải thích hơn. Điều kiện ban đầu! một thành phần vuông góc trên trục x nối ​​trái đất và tâm mặt trăng. Nếu không, chúng ta sẽ không có cuộc trò chuyện này.
HammanSamuel Trong GR, Mặt trăng hoàn toàn không được gia tốc.Nó chỉ đi theo một "đường thẳng".Mặt khác, bạn không rơi qua Trái đất bởi vì bạn đang được tăng tốc - bạn không di chuyển "theo đường thẳng".Tôi e rằng đó không phải là một điều gì đó rất dễ hiểu - nó đòi hỏi phải chấp nhận rằng không thời gian không chỉ là sự pha trộn giữa không gian và thời gian;đó là toàn bộ không thời gian bị cong, và độ cong có nghĩa là đường dẫn "trực tiếp" giữa hai điểm cũng bị cong (nhiều hơn độ cong của không gian, nếu bạn cố tách nó ra).
Một khi bạn vượt qua vật lý cơ bản về quỹ đạo (nhìn từ góc độ Newton hoặc quan điểm tương đối tính tổng quát), mặt trăng thực sự đang di chuyển khỏi Trái đất.Sự phồng lên của thủy triều trên Trái đất, gây ra bởi lực hấp dẫn của Mặt trăng, đang làm chậm tốc độ quay của Trái đất (do ma sát).Chỗ phồng này hơi đi trước quỹ đạo của mặt trăng và truyền năng lượng cho "năng lượng quỹ đạo" của mặt trăng.Có một bài báo hay giải thích điều này tại đây http://www.bbc.com/news/science-enosystem-12311119.
Tôi hoàn toàn nhận ra sức hút trong khái niệm đơn giản do Newton đề xuất, rằng một vật thể quay quanh là _falling_.Đó là một ý tưởng bề ngoài hợp lý và đơn giản hấp dẫn.Nhưng sự thật lại rất khác, và không liên quan đến sự sụp đổ.Vật thể quay xung quanh phải có đủ _momentum_ (đọc: _ vận tốc_) và đủ chuyển động / hướng ra ngoài (đọc: _angular_ xung lượng), để _prevent_ nó rơi xuống.Hướng chuyển động của nó luôn luôn _ cách xa khối lượng trung tâm, sao cho nếu lực hấp dẫn không thành công (ví dụ: hành tinh phát nổ!) Thì động lượng của vệ tinh sẽ mang nó _away_ (không bao giờ _down_).
Chín câu trả lời:
Mark Eichenlaub
view on stackexchange chungcuad1.com permalink

Mặt trăng không rơi xuống Trái đất vì nó nằm trong một quỹ đạo.

Một trong những điều khó khăn nhất để học về vật lý là khái niệm lực. Chỉ bởi vì có một lực tác động lên vật gì đó không có nghĩa là nó sẽ chuyển động theo hướng của lực. Thay vào đó, lực ảnh hưởng đến chuyển động theo hướng của lực nhiều hơn một chút so với trước đây.

Ví dụ: nếu bạn lăn một quả bóng bowling thẳng xuống một làn đường, sau đó chạy lên bên cạnh nó và đá nó về phía rãnh nước, bạn tác dụng một lực về phía rãnh nước, nhưng quả bóng không đi thẳng vào rãnh nước. Thay vào đó, nó tiếp tục đi xuống làn đường, nhưng cũng bắt kịp một chút chuyển động theo đường chéo.

Hãy tưởng tượng bạn đang đứng ở rìa của một vách đá cao 100m. Nếu bạn thả một tảng đá ra, nó sẽ rơi thẳng xuống vì nó không có vận tốc đầu, vì vậy vận tốc duy nhất mà nó nâng lên là hướng xuống từ lực hướng xuống.

Nếu bạn ném tảng đá ra theo chiều ngang, nó sẽ vẫn rơi, nhưng nó sẽ tiếp tục di chuyển theo chiều ngang và rơi theo một góc. (Góc không đổi - hình dạng là một đường cong được gọi là parabol, nhưng điều đó tương đối không quan trọng ở đây.) Lực hướng thẳng xuống, nhưng lực đó không ngăn đá chuyển động theo phương ngang.

Nếu bạn ném đá mạnh hơn, nó sẽ đi xa hơn và rơi ở một góc nông hơn. Lực tác dụng lên nó từ trọng lực là như nhau, nhưng vận tốc ban đầu lớn hơn nhiều và do đó độ lệch ít hơn.

Bây giờ, hãy tưởng tượng ném hòn đá thật mạnh để nó đi một km theo phương ngang trước khi chạm đất. Nếu bạn làm điều đó, một cái gì đó hơi mới sẽ xảy ra. Tảng đá vẫn rơi nhưng phải hơn 100m mới rơi xuống đất. Lý do là Trái đất bị cong, và khi tảng đá di chuyển ra ngoài hàng km đó, Trái đất thực sự bị cong bên dưới nó. Trong một km, nó cho thấy Trái đất cong đi khoảng 10 cm - một sự khác biệt nhỏ, nhưng là một sự thật.

Khi bạn ném tảng đá thậm chí còn mạnh hơn thế, sự uốn cong của Trái đất bên dưới càng trở nên đáng kể. Nếu bạn có thể ném tảng đá đi 10 km, Trái đất sẽ cong đi 10 mét, và trong 100 km ném trái đất cong đi cả km. Bây giờ hòn đá phải rơi xuống một đoạn rất dài so với vách đá 100m mà nó đã rơi xuống.

Hãy xem hình vẽ sau. Nó được tạo ra bởi Isaac Newton, người đầu tiên hiểu được quỹ đạo. IMHO, đó là một trong những biểu đồ vĩ đại nhất từng được tạo ra.

*

Điều nó cho thấy rằng nếu bạn có thể ném đá đủ mạnh, Trái đất sẽ cong ra khỏi bên dưới đá nhiều đến mức tảng đá thực sự không bao giờ tiến gần đến mặt đất hơn. Nó đi hết một vòng trong vòng tròn và có thể đập vào đầu bạn!

Đây là quỹ đạo. Đó là những gì vệ tinh và mặt trăng đang làm. Chúng tôi thực sự không thể làm điều đó ở đây gần bề mặt Trái đất do sức cản của gió, nhưng trên bề mặt của mặt trăng, nơi không có khí quyển, bạn thực sự có thể có quỹ đạo rất thấp.

Đây là cơ chế mà mọi thứ "ở lại" trong không gian.

Lực hấp dẫn sẽ yếu đi khi bạn ra xa hơn. Lực hấp dẫn của Trái đất ở mặt trăng yếu hơn nhiều so với ở vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp. Vì lực hấp dẫn ở mặt trăng yếu hơn rất nhiều nên mặt trăng quay quanh quỹ đạo chậm hơn nhiều so với Trạm vũ trụ quốc tế. Mặt trăng mất một tháng để đi một vòng. ISS mất vài giờ. Một hệ quả thú vị là nếu bạn đi ra ngoài với khoảng cách vừa phải, khoảng sáu bán kính Trái đất, bạn sẽ đạt đến điểm mà lực hấp dẫn bị suy yếu đủ để một quỹ đạo quay quanh Trái đất mất 24 giờ. Ở đó, bạn có thể có "quỹ đạo không đồng bộ địa lý", một vệ tinh quay xung quanh sao cho nó ở trên cùng một điểm trên đường xích đạo của Trái đất khi Trái đất quay.

Mặc dù lực hấp dẫn sẽ yếu đi khi bạn ra xa hơn, nhưng không có khoảng cách nào là giới hạn. Về lý thuyết, lực hấp dẫn kéo dài vĩnh viễn. Tuy nhiên, nếu bạn đi về phía mặt trời, cuối cùng lực hấp dẫn của mặt trời sẽ mạnh hơn lực hấp dẫn của Trái đất, và sau đó bạn sẽ không quay trở lại Trái đất nữa, thậm chí còn thiếu tốc độ quay quỹ đạo. Điều đó sẽ xảy ra nếu bạn đã đi khoảng 0,1% khoảng cách tới mặt trời, hoặc khoảng 250.000 km, hoặc 40 bán kính Trái đất. (Khoảng cách này thực sự nhỏ hơn khoảng cách tới mặt trăng, nhưng mặt trăng không rơi vào Mặt trời vì nó quay quanh mặt trời, giống như chính Trái đất vậy.)

Vì vậy, mặt trăng "rơi" về phía Trái đất do lực hấp dẫn, nhưng không tiến lại gần Trái đất hơn vì chuyển động của nó là một quỹ đạo và động lực của quỹ đạo được xác định bởi cường độ của lực hấp dẫn tại khoảng cách đó và bởi định luật chuyển động của Newton.

lưu ý: phỏng theo câu trả lời tôi đã viết cho một câu hỏi tương tự trên quora


Xem thêm: Tại Sao Không Níu Lấy - Lời Bài Hát Đau Để Trưởng Thành

Câu đầu tiên mâu thuẫn với chính nó trong quỹ đạo chuyển động là một trạng thái rơi tự do về phía tâm của lực hút. Sau đó, trong đoạn cuối cùng, câu đầu tiên mâu thuẫn với câu đầu tiên. Một người mới bắt đầu sẽ gặp khó khăn với logic này.
Không, nó không mâu thuẫn với chính nó. "Fall to Earth" có nghĩa là, đối với bất kỳ người đọc hiểu biết nào, giống như "đâm vào Trái đất" trong câu đó. Hơn nữa, cụm từ này bắt chước ngôn ngữ của câu hỏi. Những từ như "fall" có thể có nghĩa khác nhau trong các ngữ cảnh. Hầu hết mọi người có thể hiểu điều này.
Quả thực là mâu thuẫn. "Rơi xuống Trái đất" và "đâm vào Trái đất" là hai việc hoàn toàn khác nhau. Một quả bóng có thể rơi mà không đâm vào Trái đất, nhưng nó không thể rơi vào Trái đất mà không rơi trước. Các từ, đặc biệt là trong vật lý, phải càng rõ ràng càng tốt. Và nhân tiện, tôi khá hiểu biết cảm ơn bạn.
Thật vậy, câu trả lời sáng tỏ nhất.Điều đó đặt ra một câu hỏi khác cho tôi, tại sao mặt trăng (hoặc một vật thể lớn khác) không mất tốc độ cần thiết để ở trên quỹ đạo (trừ các lực cản).Hay là cô ấy, mặt trăng bị mất tốc độ?
sabotero Trong vật lý học Newton, lực hấp dẫn của Trái đất chính xác là thứ giữ cho Mặt trăng trên quỹ đạo - đó là thứ làm cong đường đi của nó.Lực thủy triều làm Mặt trăng chậm lại, nhưng đồng thời, nó di chuyển trên quỹ đạo rộng hơn, vì vậy nó vẫn ở quỹ đạo tròn.Trên thực tế, đó là cách vòng quay của Mặt trăng được đồng bộ hóa với Trái đất ngay từ đầu (đó là lý do tại sao bạn chỉ có thể nhìn thấy phần gần của Mặt trăng, cho hoặc chiếm 5% diện tích bề mặt).Cuối cùng, điều này sẽ khiến Trái đất cũng bị khóa vào vòng quay của Mặt trăng nếu chúng ta có thể bỏ qua một vài điều làm rối tung nó.
Câu trả lời có một lỗ hổng (_not_ trong logic mượn từ Newton!), Trong đoạn 4 nói về việc "đánh rơi" tảng đá.Nhưng điều này sau đó trở thành một "lực lượng đi xuống" (bí ẩn).Nếu tảng đá bị nghiêng xuống dưới, tôi có thể thấy một lực;nhưng không phải nếu nó chỉ đơn thuần bị rơi.Về mặt logic, tảng đá chỉ đi theo con đường ít kháng cự nhất (khi được giải phóng).Trọng lực bề ngoài có thể giống một lực, nhưng thực sự không có lực nào được tác dụng theo nghĩa thông thường.Chỉ sự giảm (ở mức lượng tử) trong lực cản của môi trường theo một hướng cụ thể, gây ra bởi sự hiện diện của khối lượng.
Newton đưa ra giả thuyết rằng một vật thể đang chuyển động (ví dụ như một hạt) sẽ tiếp tục chuyển động đó trừ khi bị tác động bởi một lực, được gọi là "bảo toàn động lượng".Tuy nhiên, lý thuyết đó mâu thuẫn với lý thuyết hấp dẫn của ông, trong đó một hạt tăng tốc trong trường hấp dẫn mà không có bất kỳ tác dụng nào của lực (nếu chúng ta hiểu ông ta có nghĩa là một sự truyền năng lượng).Đó là phản ứng của phương tiện đối với động lượng đó thay đổi.
Einstein bác bỏ lý thuyết của Newton là quá đơn giản, và chúng ta nên cảnh giác với việc bác bỏ cái nhìn sâu sắc hơn của Einstein về các nguyên lý hấp dẫn.
Động lượng không còn là một vật chất đơn giản có khối lượng nhân với vận tốc, bởi vì, trong trường hấp dẫn, vận tốc là một yếu tố có thể thay đổi, phụ thuộc vào vị trí của hạt trong trường.Nó chỉ là khối lượng thực sự bất biến.Phản ứng của trường thay đổi theo khoảng cách từ tâm khối lượng tạo ra nó, và theo chuyển động góc của hạt.Động lượng là một yếu tố thay đổi, thay đổi theo vận tốc, do đó thay đổi theo điều kiện ("phản ứng") của trường.

Mặt trăng liên tục rơi về phía trái đất nhưng luôn mất tích! Tương tự với các hành tinh khác.

Nói chung, trong trường lực trung tâm vuông nghịch đảo, người ta có thể tính toán quỹ đạo của một hạt và xác minh rằng quỹ đạo đó là một hình parabol hoặc hình elip hoặc hyperbol (phần hình nón) tùy thuộc vào vị trí ban đầu và động lượng ban đầu của hạt. Đối với một hệ hai vật thể với những điều kiện ban đầu nhất định, nó là một quỹ đạo elip ổn định. Trong trường hợp mặt trời và trái đất, nó là một hình elip (bỏ qua lực hút của các vật thể khác và cũng bỏ qua độ chính xác tương đối tính của quỹ đạo).

Trang này có một video hay.


Sự thật là mặt trăng luôn cố gắng rơi xuống trái đất do tác động của lực hấp dẫn; nhưng nó liên tục bị thiếu do vận tốc tiếp tuyến của nó.

Để hiểu điều này, hãy nghĩ đến việc xoay một tảng đá, buộc vào đầu sợi dây, xoay vòng vòng, bằng tay ngay trên đầu. Khi tảng đá di chuyển theo vòng tròn, nó liên tục bị kéo về phía bạn bởi lực trên dây (giống như lực hút của Trái đất lên mặt trăng). Tại sao tảng đá không đè lên đầu bạn, nếu bạn liên tục kéo nó về phía đầu mình? Câu trả lời là tảng đá luôn cố gắng thay đổi vectơ vận tốc của nó để làm được điều đó; nhưng sự thay đổi chỉ đủ để giữ nó theo một đường tròn, giống như lực kéo lên Mặt trăng chỉ đủ để giữ cho nó theo một quỹ đạo tròn quanh Trái đất.