Заголовок статьи, который мы уже неоднократно встречали, снова стал объектом вопросов. Несмотря на то, что мы рассмотрели этот вопрос в одной из предыдущих статей, мы решили еще раз детально рассмотреть данную тему.
Недавно в нашем канале нам снова задали следующий вопрос:
почему Луна не падает на Землю, несмотря на огромную силу притяжения между ними?
Давайте разберемся вместе.
Если применить законы всемирного тяготения, то легко посчитать силу притяжения между Землей и Луной. Согласно этим законам, Луне всегда придается ускорение в направлении Земли из-за постоянной силы притяжения. Следовательно, Луна должна двигаться в сторону Земли и, в конечном итоге, упасть на нее. Это было бы верно, если бы Луна находилась в неподвижном состоянии относительно Земли.
Однако на самом деле Луна движется по орбите вокруг Земли с огромной скоростью. Именно это движение позволяет ей не падать на Землю.
А что такое орбита?
Для объяснения понятия "орбита" давайте проведем мысленный эксперимент, предложенный сэром Исааком Ньютоном. Представьте себе пушку, установленную на вершине горы, которая может стрелять горизонтально над поверхностью планеты.
Снаряд, выпущенный из этой пушки, имеет начальную скорость, направленную параллельно поверхности Земли и перпендикулярно направлению силы тяжести. Хотя снаряд стремится двигаться прямо, сила тяжести постоянно изменяет направление его скорости, направляя его к Земле. Как результат, через некоторое время снаряд упадет на поверхность Земли.
Заметим, что чем выше начальная скорость снаряда, тем дальше он полетит. Предположим, что пушка способна выстреливать снаряды с произвольно высокой скоростью. Если увеличивать начальную скорость, то со временем снаряды начнут "улетать за горизонт" из-за кривизны земной поверхности. Поверхность Земли, казалось бы, уходит из-под снаряда.
Очевидно, можно найти определенную скорость, при которой сила притяжения Земли будет точно уравновешивать падение снаряда с учетом кривизны поверхности Земли. Снаряд, двигаясь с такой скоростью, будет бесконечно двигаться по круговой орбите вокруг Земли (если не учитывать сопротивление воздуха). Эту скорость называют первой космической скоростью.
На низких высотах над поверхностью Земли первая космическая скорость составляет 7.91 км/с, но с увеличением высоты орбиты, такой как у Луны, она снижается и приближается к 1.022 км/с. И удивительно, но именно с такой скоростью Луна движется в своей орбите!
Следовательно, Луна не падает на Землю из-за постоянного вращения вокруг нее. Несмотря на то, что Луна постоянно стремится двигаться прямо, сила притяжения Земли постоянно "уклоняет" ее к себе, и в результате Луна остается в орбите вокруг Земли. Можно даже сказать, что Луна "падает" на Землю, но каждый раз "промахивается". Это действительно так.
