假如要骑车到月球,需要带若干天的干粮才够用?

admin 3周前 (10-03) 科技 64 1
假如要骑车到月球,需要带若干天的干粮才够用? 天文 新闻 第1张

50年前,1969年7月20日,美国太空总署太空人尼尔‧阿姆斯壮(Neil Armstrong)成为登月第一人,很多人当今仍以为人类上岸月球是一件异常酷的事变,他们是不折不扣的太空好汉。

斟酌到新时代太空探究应该提倡低碳环保主义,让我们盘算一下骑脚踏车到达月球须要若干时候?

什么?骑脚踏车到月球?是的,盘算骑脚踏车到达月球涉及到很多的物理题目,让从科学的角度整顿一下,骑车到月球究竟要多久?

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起首须要衔接地球和月球的一条超等缆绳。实际毕竟与科幻电影《E.T. 外星人》差别,剧情里外星人和小男孩骑着脚踏车飞向月球,假如你接收这项太空使命,你会有一辆美丽的白色太空脚踏车,基于特别的车轮沿着线缆前行(我们假定骑车历程当中没有磨擦能量斲丧)。车轮只朝向一个方向先进,所以当你停下来歇息时,不会从高空中摔落下来。

须要申明的是,阿波罗11号太空船仅用4天时候就完成上岸月球。毫无疑问,从地球骑脚踏车到达将凌驾4天时候,那究竟须要多长时候才到达呢?

脚踏车「腾飞」并不简朴!

起步之前,我们须要一些确实的物理材料,第一,地球间隔月球有多远?因为月球围绕地球的轨道并不是一个规范圆形,所以没有一个圆满答案,但让我们以38.6万公里(算计24万英里)的均匀间隔举行盘算。

如今你能够会想,一个人每小时骑15英里,用24万英里除以15英里就是骑脚踏车到月球所需时候!这是毛病的,人们能够在平整的路面上以每小时15英里的速率行驶,但你如今须要斟酌的是向太空方向骑脚踏车,你将沿着笔挺向上的方向行驶。以后盘算数据将变得越发庞杂,当你离地球越远,引力就会不停减小,天天斲丧雷同的能量,但天天骑的里程数越来越多,终究当你间隔月球异常近的时候,将变成一个下坡路程,你能够毫不费力地滑行,终究着陆在月球外表。

因而,我们不能以一个均匀骑车速率来盘算到达月球的时候,在太空路程中,骑车速率是变化的,能够以骑手的能量输出举行盘算。假如你是一名环法自行车赛骑手,一天骑6小时约莫发生200瓦能量,现在我们就以一名环法自行车骑手的规范举行盘算。

接下来,我们须要盘算骑特别设想的月球自行车行驶一小段间隔(Δy)所需多长时候,假定引力场强度是g(单元:牛顿/千克),骑手短途爬升所需重力位能(UG):

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在这个表达式中,m是骑手的体重(以千克为单元),因为骑手输出体量(P)是能量除以时候变化量的响应数值,我能够运用本身的输出体量盘算短途爬升所耗时候(Δt):

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为何我要运用短途爬升举行盘算呢?很快就会清晰,起首,让我们疾速检查一下:假定人类的体重为75千克,输出体能为200瓦,爬升1公尺须要多长时候?透过公式盘算出的时候是3.675秒。

是不是是所用时候太长了?假如你用1秒时候爬上1公尺高的楼梯,好像能说得通,然则用了3.675秒,明显是比较慢的;假如你运用凌驾200瓦的体量,而且想像一下,一连6个小时坚持该速率,用3.675秒好像是合理的。

必需面临重力变化!

在地月脚踏车全部路程中,我们能面临与地面雷同的重力作用吗?生怕不会。题目在g因子,当你爬雷同的楼梯时,你会觉得重力作用未发生变化,然则跟着间隔地心越来越远,重力场将响应地逐步削弱,我们透过下面的公式能够盘算出重力场向量数值:

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在这张图中,假如你是空间中的谁人灰点,我们能够运用右侧的方程式盘算出这个灰点的重力,G是万有引力常数,ME是地球的质量,r是地球中间到你所在位置的向量。

然则等一等!并不是只要地球存在重力,月球也存在重力作用,所以我们须要在方程式中增添另一项,假定月球的质量是mm,从地球至月球的间隔是R,如今我能够盘算出总重力场:

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我将g设定为正值是不正确的,但如许就会和我之前盘算的地球外表相干数值相匹配,以下是地球和月球重力场对照图。

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在地球外表,重力场数值是9.8 N/kg,在月球外表,重力场方向相反,数值为1.6 N/kg,这也证明了月球重力场强度约莫是地球的六分之一。

然而在全部地月骑车路程中,重力影响不是零,然则它们异常小,从地球上起程的时候,重力数值很大,然则一旦你行驶1000英里,来自地球的重力作用仅是地面的10%,人们能够以为这脱离地球很远了,然则你须要记住地月均匀间隔为24万英里,跟着骑手行驶脚踏车间隔地球越来越远,以后你就能够加疾速率了。在行将到达月球的末了时候,这是一个很轻易到达月球外表的阶段,或许终究自行车上岸月球的速率会很快。

267 天!

下面的一个公式能够盘算出重力场,我能够基于人体体量输出,反复盘算地月游览时候,能够盘算出地月路程中每一小段间隔行驶所需时候,这并不是全部路程,当骑手靠近月球外表时,将走一段「下坡路」。

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终究盘算显现,人们骑自行车到达月球须要267天,这真得使人觉得惊奇,比人们所想像的时候更少,以24万英里的间隔举行盘算,骑手的均匀速率是37英里/小时。固然,这并不是是轻松的路程,骑手在267天里将24小时不停地高强度蹬车,相反,假如你天天只踩6个小时的踏板,所需时候将是4倍,1068天,也就是说险些要花3年时候。

末了的路程是怎样的呢?当骑手完成「上坡路」以后,他能够挑选住手踩踏板,此时你基础上会以雷同的速率继承前行,直到你间隔月球更近,这依然是异常快的,一旦你到达月球外表,你就会像陨石一样坠落在月球外表,这个速率有多快呢?以下是自行车靠近月球随时候变化的曲线图:

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是的,这是一辆超快的月球自行车,在约莫骑行258天时,你将到达100公尺/秒(约220英里/小时),一周摆布以后,你就会真正体验一段优美的路程,感受一下「玩命关头」——1000公尺/秒(约2200英里/小时)。

当重力场作用变得异常小的时候,骑手的一切能量都将用于加快,但实际上,我们的盘算模子中存在一个毛病,自行车地月路程能够会更快!盘算斟酌了一切来自人体能量转化为重力势能来增添间隔,但当重力场较低时,它真的不须要太多时候来「向上」挪动,所以你会以超快的速率闭幕。这个模子没有直接斟酌动能的变化,它假定骑手在每一步开始时的速率都为零,但我依然以为团体时候盘算好像是合理的。

算来算去,人类乘坐火箭登月是首选!

透过盘算来看,美国太空总署太空人上岸月球搭载火箭照样首选,骑自行车并不是一件简朴的事变!我们还需将一些变量盘算个中:

地月路程中是不是会涌现一个零重力地区?此时骑自行车会碰到什么,很能够会辣手!

在这个盘算中是以一般成年人75千克体重举行权衡,骑行历程一切分量也是按75千克盘算,并不包含自行车的分量,假如骑手的体重是100千克呢?这将怎样影响路程时候?

假如人们不进食、不喝水,很难坚持云云长时候骑行,假如根据100千克骑行总质量来盘算,骑手要吃若干个三明治才到达月球?

明显太空游览中不会供应外卖,骑手必需自带干粮,将267天所要吃的三明治都带在身上,总质量将增添若干?

人人能够疏忽了从地球至月球的超等缆绳,制作如许一条太空缆绳须要若干钢材,本钱预算是若干?是不是平安?

地月体系并不是处于静止状况,它们一直在扭转,这类扭转是不是会转变骑车到月球所需的时候?

关于提出的月球上岸计画,你的太空游览须要若干天?你什么时候会慢下来?须要斲丧若干能量?

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