地球自轉(zhuǎn)了46億年,依靠的是慣性按照牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的描述,假若施加于某物體的總外力為零,那么該物體的運(yùn)動(dòng)速度不變。根據(jù)這個(gè)定律,假設(shè)外力之和為零,則運(yùn)動(dòng)中的物體將始終保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),靜止物體則總保持靜止?fàn)顟B(tài)。物體所呈現(xiàn)出的這種維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)稱(chēng)為“慣性”。這和我們的日常經(jīng)驗(yàn)相悖,是因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)充滿(mǎn)了各種各樣阻力(大多是摩擦力)的世界中。只要你松開(kāi)汽車(chē)的油門(mén),它最終就會(huì)停下來(lái)。但一輛行進(jìn)中的汽車(chē)需要持續(xù)耗油,是因?yàn)榇蟮氐淖枇涂諝獾淖枇ΑH绻麤](méi)有這兩者的影響,一輛已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的汽車(chē),就能持續(xù)運(yùn)行下去。 圖示:天問(wèn)一號(hào),從地球到火星 比如我們向火星發(fā)射的天問(wèn)一號(hào)太空飛船,在脫離地球引力時(shí)需要消耗大量能量,但當(dāng)它的速度達(dá)到第二宇宙速度脫離地球引力的影響,進(jìn)入太空飛行的時(shí)候,就不再需要持續(xù)消耗能量,就能飛往火星,只有當(dāng)需要改變天問(wèn)一號(hào)飛船的方向和速度時(shí),才需要再次消耗能量。在太空中開(kāi)車(chē)就是這么爽,你只需要給一個(gè)初始的推力就行,并不需要全程踩油門(mén)。當(dāng)然這是一個(gè)簡(jiǎn)化的說(shuō)法,如果你要飛出太陽(yáng)系,那你就得不斷對(duì)抗來(lái)自太陽(yáng)的強(qiáng)大引力的影響,不過(guò)地球始終繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng),所以不需要考慮這個(gè)問(wèn)題。 圖示:盜夢(mèng)空間里的道具,旋轉(zhuǎn)的陀螺。 當(dāng)然,地球的自轉(zhuǎn)并不是勻速直線運(yùn)動(dòng),但一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體同樣擁有慣性,這只需要見(jiàn)過(guò)旋轉(zhuǎn)的硬幣或者抽個(gè)陀螺就知道了。給陀螺一個(gè)初始的動(dòng)能,它們就能旋轉(zhuǎn)一會(huì)兒,在這個(gè)過(guò)程中并不需要時(shí)時(shí)刻刻提供給它提供能量。雖然現(xiàn)實(shí)中的硬幣和陀螺并不會(huì)始終旋轉(zhuǎn)下去,但它們之所以會(huì)停下來(lái)原因有二: 首先,其底部的接觸區(qū)有阻力,阻力越小它們就能旋轉(zhuǎn)得越久,簡(jiǎn)單說(shuō)在冰面上旋轉(zhuǎn)的陀螺就比在水泥地面上的時(shí)間更久 其次,就算其接觸面沒(méi)有阻力,選擇的硬幣和陀螺還會(huì)面臨空氣阻力問(wèn)題,最終旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能被這些阻力逐漸消耗,最終它們就會(huì)停下。 圖示:在月球上沒(méi)有空氣阻力,羽毛和鐵錘就能同時(shí)落地。 地球在太空中旋轉(zhuǎn),就相當(dāng)于在一個(gè)幾乎沒(méi)有的地方旋轉(zhuǎn),理論上它可以無(wú)限旋轉(zhuǎn)下去,直到遇到足夠的阻力,才能讓它停下來(lái)。地球之所以旋轉(zhuǎn)了46億年的關(guān)鍵不在于46億年,因?yàn)橐粋€(gè)已經(jīng)轉(zhuǎn)起來(lái)的地球,保持自轉(zhuǎn)本身并不需要持續(xù)耗費(fèi)動(dòng)力或者能量。所以,地球?yàn)楹文苻D(zhuǎn)46億年的關(guān)鍵不在于46億年這么漫長(zhǎng)的時(shí)間,而在于它最初是怎么轉(zhuǎn)起來(lái)的? 讓地球最初自轉(zhuǎn)起來(lái)的力來(lái)自哪里?圖示:太陽(yáng)系中從太陽(yáng)到各大行星都在自轉(zhuǎn)之中 讓地球轉(zhuǎn)起來(lái)的動(dòng)能,源自最初形成太陽(yáng)系的星云,當(dāng)星云向內(nèi)塌縮形成恒星和行星時(shí),這些恒星或者行星就會(huì)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)起來(lái)。實(shí)際上,太陽(yáng)系中所有行星包括太陽(yáng)本身都在自轉(zhuǎn),只是各自轉(zhuǎn)速不同罷了。影響行星自轉(zhuǎn)速度的因素很多,比如行星初始形成的速度(更快的坍縮意味著更快的旋轉(zhuǎn)) ,以及隕石的撞擊,這即可能減慢行星的自轉(zhuǎn)也可能加速它的自轉(zhuǎn)。
對(duì)于地球來(lái)說(shuō),影響地球自轉(zhuǎn)速度的是它的衛(wèi)星月亮,實(shí)際上在遠(yuǎn)古時(shí)期地球的自轉(zhuǎn)速度比現(xiàn)在快得多,大約十幾億年前,地球18個(gè)小時(shí)就能轉(zhuǎn)一圈,現(xiàn)在則需要24小時(shí)才能轉(zhuǎn)一圈,原因就在于月亮,地球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性正在轉(zhuǎn)移給月亮,并推動(dòng)著月亮逐漸遠(yuǎn)離地球。 |
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