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【鄂元娟|如果在月球向上开枪，子弹会持续运行下去吗？】伟大的物理学家牛顿受到苹果坠落砸到头部的启发 ， 提出了万有引力定律 ， 即两个有质量的物体 ， 都会有相互吸引的能力 ， 这个力的大小与二者的质量乘积成正比 ， 与它们之间的距离平方成反比 。 牛顿万有引力的提出 ， 为近现代物理的迅速发展奠定了坚实基础 ， 成为现代物理体系的基石和重要组成部分 。

大到宇宙中的星体 ， 小到微观粒子 ， 它们之间都会存在着万有引力的作用 ， 只不过在微观世界里 ， 引力的作用效果远远没有强核力、弱核力以及电磁力明显而已 。 我们放眼宇宙中的星体 ， 它们所呈现出的规律性运转 ， 万有引力在其中发挥了至关重要的作用 。
如果两个物体相对静止 ， 那么在没有其它外力的作用下 ， 万有引力会使它们有相互靠近的趋势和实际效果 ， 如果两个星体没有呈现出围绕某一方旋转的状态 ， 而是相对静止 ， 那么在万有引力作用下它们势必会碰撞到一起 。 而在现实宇宙中 ， 卫星围绕行星、行星围绕恒星运动是常见的现象 ， 虽然它们之间都存在着万有引力 ， 但围绕旋转的一方始终没有坠入引力源 ， 从运动的轨迹上看 ， 有两个方面的决定性因素 ， 第一是围绕运动的物体拥有一定的轨道切向线速度 ， 第二是被围绕运行的引力源星体是球体 ， 其表面拥有一定的曲率 。

从物体围绕运动的轨迹来看 ， 虽然万有引力的作用是持续影响着物体的运动状态的 ， 物体势必会连续进行着向星体质心处的坠落过程 。 然而 ， 由于物体拥有一定的轨道切向线速度 ， 同时星体的表面有一定的曲率 ， 那么 ， 在物体在向着引力源坠落的过程中 ， 其切向的移动会使其与星体表面的距离拉大 ， 当单位时间物体坠落的距离 ， 与拉大的距离相一致时 ， 物体就会呈现出以一定的线速度围绕着星体持续公转的状态 。

人们可以根据万有引力公式和向心力公式 ， 计算出物体围绕一个星体旋转 ， 所需要的一个最低极限线速度值 ， 即为：V＝(G*M/r)^(1/2) ， 其中M为星体的质量 ， r为物体与星体质心的距离 。 当低于这个速度极限时 ， 物体受引力作用所坠落的距离 ， 抵消不了星体表面曲率和线速度运行之间带来空间拉大的影响 ， 物体最终会坠落到星体表面 。

那么当物体的切向线速度达到一定程度之后 ， 就能够有能力摆脱星体引力的束缚 ， 也就是说切向移动所带来的空间距离提升 ， 要持续大于向引力源坠落的距离 。 这个时候物体的动能应该等于其重力势能 ， 推导出此时的速度V＝(2G*M/r)^(1/2) ， 这个速度被科学家称为逃逸速度 ， 即第二宇宙速度 ， 它的值为上述环绕速度－宇宙第一速度值的根号2倍 。

从以上两个公式 ， 我们可以看出 ， 决定着物体能否环绕或者摆脱一个星体运行 ， 关键是其轨道切向线速度是否能突破该星体的第一或者第二宇宙速度 ， 而这两个速度的界定 ， 与物体本身的质量无关 ， 仅与星体的质量以及物体距离星体质心数值有关 。 通过计算 ， 我们可以看到 ， 在月球上 ， 一个物体能围绕月球运行的最低速度为1.68公里/秒 ， 逃逸速度为2.4公里/秒 。

在判断在月球上发射的子弹 ， 能否不落到月表而永远运行下去 ， 除了刚才计算出的不绕或者逃逸速度之外 ， 还要有一个方向的说明 。 前面提到了 ， 无论是第一宇宙速度还是第二宇宙速度 ， 它们都是物体在围绕星体运行轨道上的切向线速度 ， 也就是说这个速度值是平行于星体表面的一个速度值 。 如果我们在一个星体上发射火箭 ， 其最终的方向不是平行于星体表面 ， 而是成一定的夹角 ， 甚至垂直或者反向的话 ， 那么 ， 在其顺着星体自转方向 ， 物体的切向线速度值就会相应衰减 ， 虽然在星体自转惯性的作用下 ， 物体会在飞行过程中获得一部分的切向线速度 ， 但其最终合成的有效切向线速度 ， 就会不同程度地低于其发射初始速度值 ， 也就造成了要实现环绕星体运行或者从星体表面逃逸 ， 所需要的最小速度要大于该星体的第一和第二宇宙速度 。 这也是为什么我们在地球上发射火箭时 ， 通常情况下都要进行几个阶段的变轨 ， 使其轨道切向线速度最终平行于地球 ， 这样所需要的环绕速度就会非常接近于地球的第一宇宙速度 ， 从而达到减少能源消耗和飞行成本的目的 。

从理论上看 ， 只要子弹从月球上激发出（不考虑在月球上的激发条件） ， 那么其在飞行过程中的水平线速度只要大于1.68公里每秒 ， 则该子弹就会实现围绕月球永久运行 。 而假如该颗子弹垂直于月球发射 ， 则所需要的最低速度则要远大于1.68公里每秒 。 目前 ， 世界上常用的手枪子弹速度约为500公里每秒以下 ， 普通步枪子弹的速度为700公里每秒左右 ， 狙击枪、重机枪子弹的速度为1000－1500公里每秒 ， 对比以上月球的第一宇宙速度 ， 即使其水平发射 ， 也达不到能够持续围绕月球运行的目标 ， 运行一段距离以后都会坠落到月球表面 ， 更何况是垂直发射呢 。分页标题

来源：(网络)

【】网址：/a/2020/0712/1594528605.html

标题：鄂元娟|如果在月球向上开枪，子弹会持续运行下去吗？