空间站为什么不会掉下来呢

空间站为什么不会掉下来呢

“小航、甜甜,今晚8 点天宫空间站将飞临北京上空,我们去天安门广场拍空间站和天安门的同框照吧。”爸爸激动地说。

“太好了!”甜甜说。

“爸爸,空间站不是在很远的高空吗?我们在地面上怎么能看到它呢?”小航疑惑地问。

“空间站离我们并不太远,它会飞过我们的头顶、离地球400千米左右的高空。”甜甜说。

“400千米有多远呢?”小航挠挠头。

“就是从北京到济南的距离,坐高铁的话一个多小时就到了。空间站一般都是在这个高度绕地球飞行。夜晚,当天宫空间站从城市上空经过时,我们就可以看到它。不过,毕竟相距快400千米,我们无法看到它清晰的样子。它看上去就像一颗在跑步的小星星。”甜甜说。

等到达天安门广场时,他们发现这里已经聚集了很多人,大家都拿着“长枪短炮”的摄影机等待着天宫空间站从头顶的天空经过。

“爸爸,空间站的轨道高度为什么要定在400千米呢?”小航还在琢磨这个问题。

“小航,你这个问题问得很好。一方面,如果距离地面更近,空气就更稠密,这样空间站面临的飞行阻力就更大,会导致空间站的飞行速度逐渐降低,空间站的运行轨道高度也会随之降低。为了保持原有的轨道高度,需要消耗的燃料就会更多。另一方面,空间站距离地面太远也不合适,原因有很多,比如,发射火箭时消耗的燃料更多,航天员天地往返成本更高,而且500千米以上的高度会受到地球辐射带的影响,对航天员身体不利。所以,400千米左右的高度是大多数空间站的选择,也能满足太空实验所需要的真空环境和微重力条件。”爸爸说。

“空间站有几十吨重,它这么重,为什么不会掉下来呢?”小航问。

“小航,姐姐来给你解释吧。根据牛顿万有引力定律,物体的质量越大,引力就越大;物体之间的距离越远,引力就越小。通过计算可知,空间站在轨飞行时受到的地心引力只比在地表上弱了12%,它并不是没有受到地心引力作用。

“地球的引力很大,就像你平时使很大的力气扔出一个球,它最终还是会掉落到地面上。但假设你拥有无穷大的力量,你扔小球的力量越大,小球飞出的距离就会越远。你手中的小球能飞多远取决于初速度。初速度达到7.9千米/秒,就能脱离地球引力飞出地球,这就是第一宇宙速度。

“由于地球是一个球体,当物体初速度达到第一宇宙速度,而且它的飞行轨迹与地球的弧度一致,它就会绕着地球一直飞行。

“中国空间站飞行速度约为7.68千米/秒,它一直以这个速度绕着地球做圆周运动,地球引力刚好充当圆周运动的向心力,所以空间站一直在做自由落体运动而不会掉下来砸到花花草草,也不会飞出去,迷失在茫茫的宇宙深渊。同时,空间站在围着地球做圆周运动时会产生离心力。”甜甜解释道。

“离心力是什么?我不明白。”小航说。

“比如,我们去游乐场坐过山车、转转杯时,旋转得越快,我们越觉得有一种快被甩出去的感觉,这其实就是离心力的作用。再比如,生活中,洗衣机脱水时,随着洗衣桶快速旋转,衣服都老老实实地贴在筒壁上,不会掉下来,这也是离心力的作用。但是,如果洗衣机没达到一定的转速,衣服就不会乖乖地贴在筒壁上。所以,空间站需要按照一定的速度绕着地球飞行,产生的离心力和地球的引力大小相等、方向相反,就不会掉下来,也不会飞出去。”甜甜耐心地说。

“噢,原来是这样啊。我明白了。谢谢姐姐。”小航高兴地说。

生活中的离心力现象

“甜甜的物理知识掌握得很扎实嘛。小航,你现在知道学好物理有多重要了吧?”爸爸边说边紧盯着天空,生怕错过空间站从头顶飞过的时刻。

“空间站来了,快看。”人群中一个声音响起。

只见一个闪亮的“星星”从远处快速向天安门方向移动着,爸爸拿起相机,摁下快门,拍下了空间站和天安门城楼同框的珍贵照片。