如果一个物体自由从高处落下,假如无限高,在理想状态下,它的速度会不会超过光速?为什么?请回答详细些 高处落下的物体会不会无限加速,最终超越光速
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从另一个角度来说,也可以转化为以光速向上抛出去,是否能逃逸出去。
能逃逸出去的,掉下来就不能达到光速(地球能逃逸出去,第一宇宙速度为7.8千米/秒。
第二宇宙速度又称为脱离速度,指物体完全摆脱地球引力束缚,飞离地球,约为11.9千米/秒。
第三宇宙速度又称为逃逸速度,是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度。本来,在地球轨道上,要脱离太阳引力所需的初始速度为42.1千米/秒,但地球绕太阳公转时令地面所有物体已具有29.8千米/秒的初始速度,故此若沿地球公转方向发射,只需在脱离地球引力以外额外再加上12.3千米/秒的速度。
逃逸速度取决与星球的质量。如果一个星球的质量大,其引力就强,逃逸速 逃逸速度
度值就高。反之一个较轻的星球将会有较小的逃逸速度。逃逸速度还取决于物体与星球中心的距离。距离越近,逃逸速度越大。地球的逃逸速度是11.2公里/秒,太阳的逃逸速度大约为每秒一百英里。如果一个天体的质量与表面引力很大,使得逃逸速度达到甚至超过了光速,该天体就是黑洞。黑洞的逃逸速度达30万千米/秒。一般认为宇宙没有边界,说宇宙中的物质逃离到别的地方去这样的问题没有意义。因此,说宇宙的逃逸速度也似乎没有意义。
第四宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚,所需的最小初始速度。但由於人们尚未知道银河系的准确大小与质量,因此只能粗略估算,其数值在110~120千米/秒之间。而实际上,仍然没有航天器能够达到这个速度。
不能逃逸出去的,掉下来就能达到光速(这样的星体,只有黑洞能符合要求)
计算方法
一个质量为m的物体具有速度v,则它具有的动能为mv^2/2。假设无穷远地方 逃逸速度
的引力势能为零(应为物体距离地球无穷远时,物体受到的引力势能为零,所以这个假设是合理的),则距离地球距离为r的物体的势能为-mar(a为该点物体的重力加速度,负号表示物体的势能比无穷远点的势能小)。又因为地球对物体的引力可视为物体的重量,所以有 GmM/r^2=ma 即a=(GM)/r^2. 所以物体的势能又可写为-GmM/r,其中M为地球质量。设物体在地面的速度为V,地球半径为R,则根据能量守恒定律可知,在地球表面物体动能与势能之和等于在r处的动能与势能之和,即 mV^2/2+(-GMm/R)=mv^2/2+(-GmM/r)。 当物体摆脱地球引力时,r可看作无穷大,引力势能为零,则上式变为 mV^2/2-GmM/R=mv^2/2. 显然,当v等于零时,所需的脱离速度V最小,即 逃逸速度
V=2GM/R开根号, 又因为 GMm/R^2=mg, 所以 V=2gR开根号, 另外,由上式可见逃逸速度(第二宇宙速度)恰好等于第一宇宙速度的根号2倍。 其中g为地球表面的重力加速度,其值为9.8牛顿/千克。地球半径R约为6370千米,从而最终得到地球的脱离速度为11.17千米。 不同天体有不同的逃逸速度,脱离速度公式也同样适用于其他天体。
你这种问题有点太脱离实际了吧,既然都是理想状态了,那干脆就是光速了呗,为什么还要加速啊?
不然的话,
第一,物体肯定要受阻力的,所以不可能无限加速,你这明显是空想;
第二,即使是不受阻力,你那个什么无限加速明显是牛顿经典力学的观点,但是并不是真理,速度很快,就需要用爱因斯坦的相对论来解释力与速度的关系,因为质量已经发生改变,牛顿力学不适用了,所以,虽然你这么想很有探索精神,但是希望以后多结合实际,物理学虽抽取模型,但从不忽略问题实质。
你的理想状态是怎么理想法?如果无限高还有重力,并且没有空气阻力,那么速度能无限接近光速,不会超过。高速物体应经不能用牛顿力学来计算,要用相对论来解释。
假如无限高有重力,同时也有空气阻力,那么最后会达到一个比较高的速度就不会再增加了,因为速度越快,空气阻力越大,最后就和重力抵消了。
这个问题基本上应该属於脑筋急转弯的雷人题目, 而不是物理...
因为你的叙述太多在物理上是无法解释得通的
1. 从高处落下...表示物体和星球相比体积甚小 (因此从星球表面看来是自由落体, 从上往下掉)
可是物体距离星球之间的距离却是无限大 (你假设无限高)
万有引力的作用力, 在两物体之间距离无限大时, 是趋近於0的...
也就是说, 这个物体不会往下掉 (不会靠近星球表面)
意味著, 相对於星球而言, 那个物体是静止的 (不会动)
2. 假设撇开这个不谈, 只单纯的考量"地球表面"的情况
物体自由从高度落下, 因为有终端速度的限制, 很快就不会有加速度了.
(当引力这作用力相当於空气对物体的阻力时, 物体本身就不受到作用力, 因此加速度等於0)
不论从多高, 物体下落的接触面积有多小, 终端速度永远不可能超过光速.
3. 假设再撇开上面这个不谈 (地球表面, 下作用力依然为Fg, 可是是真空状态, 而且无限"高")
依然不可能会超过光速. 依据狭义相对论, 无论多大的动能都不可能达到光速.
(比光速慢的物体, 只要其质量不是0, 那麼要将其加速至光速需要的能量是无限大)
4. 再假设撇开上面这些不谈 (地球表面, 下作用力存在, 真空, 无限"高", 物体质量是0...)
........................................... (无语中)
这就是你所谓的理想状态? 你感觉我们还是在讨论物理学吗?
不会。速度很大的话,物体质量会增加。这样加速度会减小。 只能接近光速。越来越接近。
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