引力说说

2022-10-02 16:49 作者：蝌蚪五线谱围观：次

给高中生说说引力波的事,下面一起来看看本站小编蝌蚪五线谱给大家精心整理的答案，希望对您有帮助

引力说说1

本剧本特约创作者：张轩中（蝌蚪五线谱）吴宝俊（中国科学院大学）

2016年初最轰动的科学新闻无疑是美国的激光干涉引力波探测装置LIGO首次直接探测到了引力波。这一事件引起了大众媒体的广泛关注，引力波被认为是继电磁波之后能推动人类文明再上一个新台阶的基本工具。

————————————————-相声开始了——————————————

张轩轩：想给各位准备考大学的高中生讲讲引力波的事情。

吴宝宝：顺带做个赤裸裸的招生广告。

张轩轩：其实引力波主要涉及的物理知识都已经在高中物理课程里讲过了。

吴宝宝：但是认真听过讲的人估计不太多。

引力波与万有引力什么关系？

张轩轩：翻开高中的物理课本，可以看到讲述 “万有引力”的一章。为什么会有引力波呢？基本上可以说与万有引力有关。万有引力在质量小的物体之间并不明显，比如大家一起坐在教室里，彼此之间其实也有万有引力的吸引，但这个吸引力太小，根本感觉不到。

吴宝宝：确实没有漂亮女同学的吸引力大。

张轩轩：然而，如果是对宇宙天体来说，彼此之间的万有引力要大得多，而且起到了决定性的作用。

吴宝宝：这时候女同学的吸引力可以忽略不计了。

张轩轩：在两个黑洞之间的万有引力是很强的（如果黑洞之间的距离不远的话），这是因为万有引力是与两个天体的质量的乘积成正比的，而黑洞的质量一般至少在2倍太阳质量以上，所以如果两个黑洞靠近，它们之间的万有引力很强这是可以理解的。

吴宝宝：两个黑洞靠近？就像张飞遇见李逵，那是真黑啊。

张轩轩：那是相当的黑……在高中物理中，我们学过“圆周运动”，也就是说，当万有引力提供向心力的时候，我们可以计算出圆周运动的速率。那么，我们把这个知识点应用到两个黑洞的时候，就可以算出一个黑洞绕着另外一个黑洞做圆周运动时候的速率——这个速率比较关键，因为它会告诉我们第一个黑洞绕第二个黑洞转一圈所花的时间（用圆的周长除以速率就可以知道这个时间的大小，在高中物理课本中，把这个时间称为“周期”）。

有了“周期”，我们取“周期”的倒数，就可以得到“频率”。表面上来，这是一个黑洞绕另外一个黑洞做圆周运动的频率，但实际上，这个频率差不多就是黑洞辐射出来的引力波的频率的1/2。

吴宝宝：为什么是1/2？这事儿不能说太细，有感兴趣的同学欢迎报考中国科学院大学，在继续深造中满足好奇，茁壮成长。

引力波要用到相对论的知识吗？

张轩轩：因为黑洞与黑洞之间的万有引力实在很强，当两个黑洞靠得特别近的时候，你可以算出黑洞的速率已经接近了光速。在接近光速的时候，我们需要在万有引力的基础上加一点“狭义相对论”的知识（这个知识在高中物理的选修课里也是学过的）。

狭义相对论要求，一个物体的运动速度不能超过光速。那你猜黑洞做圆周运动的速度能不能超过光速呢？

吴宝宝：我猜，能？

张轩轩：你再猜。

吴宝宝：那我猜不能。

张轩轩：我们可以设想一下，黑洞的速度越来越快，眼看就要超过光速了，但是，这个黑洞的惯性质量就会越来越大（根据狭义相对论可以知道速度越大，惯性质量就越大），所以到黑洞的速率真的要接近光速的时候，惯性质量会变成无穷大，而无穷大的东西在物理上都是不可能的，因此，我们就可以知道，黑洞的速率不可以超过光速。

而且，根据爱因斯坦的广义相对论（这个在高中物理选修课里也有所涉及，大家可以去翻书找一下），黑洞存在其实是一种时空的弯曲，这种时空的弯曲也会改变时空本身的形状，时空本身好像是一块钢板，虽然看起来很硬，但也是有弹性的，但两个黑洞相互绕转到接近光速的时候，这个钢板就会震动起来，而震动会传播出去——时空的这种震动会带走的能量，向外传播，就是引力波。

吴宝宝：就好比张飞和李逵练相扑，他俩在擂台上绕圈，整个擂台也会跟着震。

LIGO的激光干涉又是什么

张轩轩：大家在高中物理中也学过光的干涉，两个同频率的单色光是可以发生干涉现象的，这说明了光的波动性。

LIGO所利用的就是光的干涉，它是一个L形的光路，当引力波过来的时候，这个L形的光路的长度会发生变化，所以光所走过的路径长短也会发生变化，这种变化可以通过激光干涉检测出来。

所以反过来说，如果检测到了光的干涉信号的变化，就可以反推出引力波已经过来了。

发现引力波，是终结还是开始？

吴宝宝：实验上成功观测到引力波，这是否代表着一个领域或一项工作的完结？

张轩轩：科学与技术的进步永无止境，我们在发现一个新事物，证实一项伟大预言的同时，也必定会遇到新的问题，开启新的探索旅程。所以，探测到引力波对于人类的科技而言，绝不是一个领域的完结，而恰是一个全新的开始。

吴宝宝：这就好比，追到女孩子，结婚以后，并不意味着全剧终。毕竟日子还得往下过，还得面对新的生活。

张轩轩：你知道的太多了。

中国科学院大学的引力波研究

吴宝宝：下面进入广告环节。

目前，在中国也有引力波探测的计划，其中一个计划就是由中国科学院大学副校长吴岳良院士和中科院力学所胡文瑞院士为首席科学家的“太极计划”：

太极计划自2008年就已初步启动，并于2016年2月16日正式与公众见面。

中国科学院大学前身是中国科学院研究生院，秉承科学院科教融合的理念，由研究院所承办基础学院，实验与理论研究实力雄厚，为“太极计划”的实施奠定了基础。因此，各位同学如果想在未来从事引力波方面的研究，那么报考中国科学院大学，将是提前接触这一前沿领域的绝好机会。

张轩轩：蝌蚪五线谱也鼓励广大有志青年，勇敢追求自己的理想，为人类科技进步贡献自己的力量。

引力说说2

1.真实的自我就像月光下的海，庞大，安静，想证明给别人看的时候，却只能拍出一团焦糊的黑暗。

2.有时候真的觉得你傻，学不会争功劳，学不会说漂亮话，学不会借着别人往上爬，学不会一切在这个世界上可以活的更好的生存技能。不是不聪明，却学不会卖弄聪明，不是不努力，却学不会显摆努力。但是，你也许不够成功，不够招人喜欢，不够扬眉吐气，至少，你够真实。

3.生命是因为一次又一次的等待才显得漫长的，如果有谁一生中都没有等待过谁，那他一定是个短命鬼。

4.我不再装模作样地拥有很多朋友，而是回到了孤单之中，以真正的我开始了独自的生活。有时我也会因为寂寞而难以忍受空虚的折磨，但我宁愿以这样的方式来维护自己的自尊，也不愿以耻辱为代价去换取那种表面的朋友。

5.当一个人忽略你时，不要伤心，每个人都有自己的生活，谁都不可能一直陪你。不要对一个人太好，因为你终会发现，这样时间久了，那个人是会习惯的，然后把你做的一切看作是理所应当。其实本来是可以蠢到不计代价不顾回报的，但现实总是让人寒了心。其实你明明知道，最卑贱不过感情，最凉不过是人心。

引力说说3

人们对飞行充满了幻想，网络上有很多这样的问题。比如地球在自转，飞机只要飞到空中不动，一天不就围绕着地球转了一圈，这多省油省力呀。这类问题过去多有回答，有兴趣的朋友可以查阅时空通讯早些时候发过的相关文章，就不多说了。今天说说有些网友提出的：飞机要飞多高才不受地球引力牵扯呢？

飞机飞得再高也受地球引力牵制。

因为飞机是依靠空气动力学飞翔的飞行器，是在大气层里活动的，出了大气层，飞机就没有了空气的托举，那两个翅膀和尾翼就没用了，就会掉下来。而且飞机发动机也是需要氧气维持的，到了太高的空中发动机缺氧就会熄火，也是要掉下来的。

目前飞得最快最高的飞机是上世纪60年代老美的X-15A试验机，飞行速度达到6.72马赫（7274km/h），飞行高度最高达到10.8万米。正应了孙悟空的十万八千里之说，不过这里只有10万8千米。但这种飞机已经不能完全算作飞机了，它是以北美航空公司研制的火箭发动机为动力的，严格意义上来说，有点像火箭了。

火箭为什么可以飞到更高的太空呢？就是因为它配备了火箭发动机，而火箭发动机是不需要氧气助燃的，其燃料中配备了阻燃剂，比如用液氢和液氧2：1混合，等于是自己带了氧气燃烧。而且火箭不是依靠空气托举飞升，而是依靠反作用力，往下或往后喷射炽热高速气体推进自身，理论上只要燃料足够，它就可以一直飞。

这时大气层的空气反而成了阻力，所以以后飞往遥远深空的飞船会越来越多的在太空发射或者月球上发射，因为那里没有大气阻力，且重力影响更小。

引力是远程力，理论上作用无限远。

飞多久就能够飞出地球引力，这恐怕没有一个止境。因为引力理论上作用无限远，到了天边宇宙边缘，地球的引力理论上也还在，也就是说要完全飞出地球引力是不可能的。但引力又是弱力，其引力大小是与质量成正比，与距离平方成反比的，其遵循的公式为：F=GMm/r^2。

这里，F表示引力大小，G为引力常量，M和m表示引力相互作用两个物体的质量，r为两个物体质点间的距离。从公式可以看出，相互作用的两个物体质量越大，引力越大，而距离越远，引力衰减的越厉害，而且是呈平方级衰减。这样，距离远了，引力就很微弱了。

太空中有各种各样的天体，引力会互相影响。所以虽然引力作用可以到达无限远，但这个无限远只是象征性的，到了一定距离就非常微弱，而且很难感觉和测量到了。这样，根据不同天体质量和天体与天体之间的相互作用，每个天体引力就有了一个影响范围，在这个范围内，引力就能够对其附属物体起作用，出了这个范围，就无法影响了。

这个范围就叫希尔球半径。

希尔球半径的计算公式为：r=a*立方根[m/(3*M)]

其中r为希尔球半径，m为被计算希尔球天体质量，M为影响m运行轨迹的大天体质量，a为m公转轨道的半长轴。

根据这个公式，地球的希尔球半径约150万千米，也就是说，在150万千米半径这样一个球形范围，地球的引力起着控制作用，如果到了150万千米之外，地球就管不着了。月球距离我们平均约38.4万千米，因此完全在地球的控制当中，只能够围绕着地球公转。

而月球的希尔球半径约6.14万千米，在距离月球这个范围内，小天体受月球引力牵制，而在这个边缘地带，地月引力产生了一个平衡。

日地拉格朗日点就是在距离地球150万千米处的几个点，在那里地球引力与太阳引力达到了一个平衡，理论上在那里的人造天体不需要燃料或很少燃料，就能长期驻留。事实世界上有很多探测器、空间望远镜就是在这些位置运行。我国2019年发射的鹊桥号中继星，是首颗在地月拉格朗日点L2运行的航天器。

所以严格意义上来说，任何飞行器要飞出地球引力，必须飞到150万千米之外。飞机当然也不例外，但飞机不但无法飞出地球引力，连地球大气层的16千米对流层也飞不出。

要脱离地球引力控制必须达到一定的速度。

爱因斯坦广义相对论认为，引力的本质是质量对周边时空导致的扰动和扭曲，这个扭曲的结果就是大质量天体周围充满了引力漩涡或陷阱，要逃脱这个漩涡或陷阱，就必须飞快的跑，就像逃出大海的漩涡一样，必须把船开的飞快，才能够逃脱。

所以，逃脱引力就必须达到一定的速度，引力越大，所需要的速度就越快。也就是说，速度越快就越能够更快的逃出引力的魔掌。上图形象的说明了逃脱引力的方法：爱因斯坦努力的蹬着自行车，才能够避免自己掉落到引力陷阱里去。

根据引力公式，科学家们得出了地球上三个宇宙速度，即第一宇宙速度，每秒为7.9千米，又叫环绕速度；第二宇宙速度，每秒11.2千米，又叫脱离速度；第三宇宙速度，每秒为16.7千米，又叫逃逸速度。

达到了第一宇宙速度，就可以与地球引力抗衡，既不被地球引力所拉下来，也脱离不了地球引力控制，现在的人造卫星和空间站、太空天文台（空间望远镜）等人造天体，就是按照这个速度发射的；达到了第二宇宙速度，就能够脱离地球引力，飞到150千米地球希尔球半径以外的空间，前往其他行星访问，所有前往火星、金星、木星、土星等行星探测器，都必须大于这个速度；达到第三宇宙速度，就能够脱离太阳引力，飞往太阳系以外。

现在的旅行者1号，就是以每秒约17千米的速度向太阳系以外飞去，距离我们已经有223亿多千米了，是人类迄今飞行最远的探测器。