Вопрос, вынесенный в заголовок статьи нам задавали уже не раз и хотя мы его уже касались в одной из прошлых статей, но решили еще раз пройтись по этой теме и все разложить по полочкам.
Кстати данную статью можно прослушать с наглядными иллюстрациями на нашем канале на youtube.
Итак, недавно на нашем канале в телеграм нам вновь задали этот вопрос, мол почему Луна не падает на Землю несмотря на то, что сила притяжения между Луной и Землёй огромна.
Давайте разбираться вместе.
Действительно зная закон всемирного тяготения несложно рассчитать силу притяжения между Землёй и Луной. Постоянно действующая на Луну сила притяжения должна придавать ей ускорение в направлении Земли и соответственно Луна должна двигаться в направлении Земли и в конечном счёте упасть на неё. Видимо такова логика задавшего вопрос.
Всё так и было бы, если бы Луна была неподвижна относительно Земли. Однако в реальности Луна движется вокруг Земли по орбите с огромной скоростью. Поэтому и не падает на Землю.
Что такое орбита?
Что вообще означает «орбита»? Давайте обратимся к мысленному эксперименту, который первым поставил еще сэр Исаак Ньютон. Представим себе пушку установленную на горе, которая может стрелять снарядами горизонтально поверхности планеты.
Скорость снаряда направлена параллельно поверхности Земли и перпендикулярно направлению силу тяжести. Каждое мгновенье снаряд пытается лететь по прямой линии, но сила тяжести постоянно «поворачивает» вектор скорости снаряда к Земле. В результате пролетев какое-то расстояние снаряд падает на Землю.
Как легко заметить — чем больше начальная скорость снаряда — тем дальше он пролетит. Представим, что наша пушка может выстреливать снаряды со сколь угодно большой скоростью и будем постепенно увеличивать стартовую скорость снаряда. Очень скоро дальность полёта снарядов начнёт увеличиваться не только из-за увеличения стартовой скорости, но и за счёт кривизны земной поверхности — снаряды будут «улетать за горизонт». Поверхность Земли как бы уходит из под снаряда.
Легко увидеть, что можно подобрать такую скорость, при которой сила притяжения Земли будет снижать снаряд ровно на такую же высоту, на которую поверхность Земли будет отдаляться от снаряда за счёт кривизны земной поверхности. Снаряд движущийся с такой скоростью будет вечно двигаться по кругу вокруг Земли (если пренебречь сопротивлением воздуха), а скорость — с которой необходимо выстрелить снаряд, чтобы он вечно двигался по орбите называют первой космической.
Вблизи земной поверхности первая космическая скорость равна 7.91 км/с, но по мере удаления от Земли снижается и для средней высоты орбиты Луны примерно равна 1.022 км/c. И вы не поверите, но именно с такой скоростью движется Луна по своей орбите!
Читайте также: Что такое первичные чёрные дыры?
Поэтому Луна и не падает на Землю — она пытается двигаться по прямой, но притяжение Земли всякий раз слегка поворачивает Луну и в результате Луна вращается вокруг Земли. Еще говорят, что Луна падает на Землю. Но постоянно промахивается. И это в целом правда.
Авторы: кандидат технических наук Александр Петров, астрофизик Фёдор Карасенко
Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!