[爆卦]萬有引力原理是什麼?優點缺點精華區懶人包

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萬有引力原理 在 閱讀人森 Instagram 的最佳解答

2021-08-18 12:54:07

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萬有引力原理 在 昀亭♥Alice愛賺錢の心靈療癒師 Instagram 的最佳解答

2021-08-18 11:11:45

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萬有引力原理 在 余海峯 David Yu | Astrophysicist Instagram 的最讚貼文

2021-02-02 00:00:50

第三部分「太空中真的是無重力嗎?萬有引力貫穿宇宙空間」 . 未讀第一部分的朋友可以先看:facebook.com/davidyu.phycat/posts/239431704213490 未讀第二部分的朋友可以先看:facebook.com/davidyu.phycat/posts/24047181...

  • 萬有引力原理 在 每日一冷 Facebook 的最佳貼文

    2020-04-23 21:05:01
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    你知道嗎?【太空的邊界是哪?】
    #本日冷知識1537
     
    上上週我們講了三位蘇聯太空人不幸在太空罹難的故事。該事故迫使工程師從失敗中學習,並持續改進系統。使後繼者:來自各國的數百名太空人有安全可靠的方式定期往返國際太空站。
     
    但說來奇怪,大多數太空人所到的「太空」,也只是在海拔約 400 公里的國際太空站「而已」,400 公里差不多是把台灣豎起來那麼高。相較於地球這顆直徑 12742 公里的巨球,國際太空站像一隻緊貼著地球臉皮飛的小蚊子。
     
    定義上,太空的邊界是在海拔100 公里的地方,那條想像的界線叫「卡門線」(Kármán line)——太空人其實離家不遠。#當我張開翅膀試圖往夢裡闖
     
    卡門線出自西奧多.馮.卡門先生(Theodore von Kármán, 1881–1963)出生於匈牙利的航空動力學工程師,身為猶太裔的卡門隨後移民美國,在加州參與成立「噴射推進實驗室」,也就是大名鼎鼎的 JPL,現隸屬於 NASA 的超酷組織(火星歸他們家管轄)。
     
    * 德文名字有馮 (von) 不見得代表是貴族。馮卡門的 von 只是指出他來自卡門村。von ≒ from。
     
    卡門本身是超音速飛行、飛機翼型、流體動力學,尤其是紊流方面的泰斗。簡而言之他是造飛機專家,怎麼會管到太空去了呢?
     
    故事要說到底,就得從......牛頓說起!讓我們倒帶,回到西元 1665 年,英國鬧大瘟疫,青年牛頓實行了保持社交距離的防疫措施,就宅在家,看著蘋果掉落忽然就想通了萬有引力原理。天才小神童是想通了啥?原來他是頓悟惹:月亮和蘋果是完全一樣的,在向著地心做自由落體!之所以蘋果會著地,但月亮永遠不會掉下來的差別在於,月亮的橫向(公轉)速度非常非常非常非常之快。
     
    什麼跟什麼,有聽沒有懂 XD 是,牛頓的頓悟超抽象的。幸好多年後,牛頓決定出本科普書解釋他驚天地泣鬼神的萬有引力理論(月亮與蘋果一體適用,故名萬有),想出惹另一個天才比喻,或是說更具體的思想實驗:
     
    ▆ 牛頓的砲彈(Newton's cannonball)...... 出自《原理》第 6 頁。
     
    我們一般人沒吃過砲彈也看過大砲走路 (x) 知道砲彈是怎麼一回事 (o)。從砲管飛出的砲彈,會開始受地球重力影響而往下掉,呈拋物線軌跡飛行直到著地。
     
    牛頓請讀者想像在高山山頂有一具性能極佳的大砲,能用任意的高速射出砲彈。由日常經驗我們知道顯然是射速越快射程越遠。而當砲彈超快、極快、有夠快時,會發生有趣的情況:地球是圓的(人類自古希臘甚至更早就知道了),隨著砲彈橫著飛,地球的曲率開始起作用,使地面好像在加速向下遠離砲彈——高中物理課本會教你證明這個貌似存在的加速度的大小是 v^2 / R,其中 v 是速度,R 是曲率半徑,詳解略。
     
    牛頓大神指出,當砲彈速度 v=√(gR) 大約是每秒八公里 (!) 時情況變得大有蹊蹺,儘管砲彈一直在自由落體,但地表也一直在遠離著它,這兩個加速度的量值相同方向相反,使得砲彈只要維持著該速度就永遠不會著地。
     
    在物理上有兩種方式描述這現象——A、重力恰好提供物體繞地心圓周運動的向心力,或B、重力恰與離心力抵銷。兩者敘述彼此等價,只是觀點不同。
     
    我們只要記得重點是國際太空站、月亮、人造衛星、喬治克隆尼和珊卓布拉克......全都像牛頓的砲彈一樣,憑藉著橫向的超高速度而能「一直自由落體,但永遠不會落地」,換言之就是:上軌道(in orbit)啦。
     
    回到卡門,#男人不過是一種消遣的東西有什麼了不起......咳咳,錯頻惹,是我們的航空飛行/空氣動力學專家卡門先生。當年他在認真推敲的問題其實是:
     
    ▆ 「一個國家的領空該往上算到多高?」
     
    身為飛行機專家,他知道飛機能維持飛行是靠機翼維持足夠的升力(Lift)以抵抗重力。飛機的升力和幾個因素有關:速度的平方,空氣的密度,還有機翼的面積。蠻直觀的,可以想像機翼是藉由把空氣向下推擠讓自己獲得反作用力向上升。
     
    但不幸的是高空的大氣密度越來越稀薄(具體上是指數衰減—— 90% 空氣分子都聚集在離地表 20 公里內),為了提供足夠升力,飛機的巡航速度就需要越來越快,越來越快,直到某個海拔高度,速度值(呈指數增長)已高到金離譜,和牛頓的砲彈的 √(gR) 速度相差無幾。與其說那還是架飛機,不如說是自帶推進器的火箭。
     
    總而言之,卡門線的初衷就是:「已不算是開飛機那樣靠空氣提供的升力飛行,而是像開外掛 (x) 火箭 (o) 是靠離心力遠離地表」的海拔高度。如果飛機算空軍,火箭算太空軍,卡門線就順理成章的代表太空的邊緣。
     
    當年卡門得到的值差不多是海拔 62 英哩,100 公里的一個概略數字。但他的計算面臨到各式問題:地球的大氣密度其實隨著緯度、季節、溫度、甚至太陽黑子的活躍程度的影響而起起伏伏,不完全符合他簡化版計算中的條件。
     
    因此隨著知識與技術的進步,有人大膽異議說「很可惜,卡門先生算錯了」並提出新的分界提案。例如,美國空軍傳統認定的太空邊界是 50 英哩 = 80 公里的高度。曾經有數種實驗性的「太空飛機」(混合傳統空氣動力學和火箭推進的飛機)突破那個高度,包括有名的X系列火箭飛機——「登月第一人」尼爾.阿姆斯壯便曾經做過 X-15 火箭飛機的試飛員,達到過太空的邊緣。而突破 80 公里的空軍飛行員一樣會獲得太空人的稱號。
     
    大概是醬。科宅這番長篇大論,只希望大家記得一件 Take home message:上太空不只是往上爬一百公里那麼簡單而已。若只單單上拋一百公里,地球引力會立刻讓你像蘋果一樣落回地面。
     
    上太空真正的重點是往橫向加速,只有飆超快,達到水平方向約每秒鐘八公里的東西(參考:國際太空站 = 7.66 km/s。哈伯望遠鏡 = 7.59 km/s)才會維持「牛頓的砲彈」的狀態,待在低地軌道上。
     
    反之亦然,太空人要回到地面,也不是咕咚一聲往下跳就行。他們需要劇烈的減速,主要是利用大氣層的摩擦生熱,把太空和地表的每小時兩萬六千公里的速度差異給磨掉......速度的平方差和動能成正比,這份奢侈的速度需求也是上太空代價辣麼高昂的原因之一喔。
     
    插圖:俄國航太總署的聯盟號(Soyuz)發射太空人和物資到國際太空站的示意圖,你看,關鍵是火箭橫向的推進,就像牛頓老大說的那樣。

  • 萬有引力原理 在 親子天下 Youtube 的最讚貼文

    2017-07-19 14:38:17

    小孩的科學×智高積木跨界聯名款|《爬牆機器人》組裝示範影片
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  • 萬有引力原理 在 親子天下 Youtube 的精選貼文

    2017-07-06 18:26:53

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    積木組裝的機器人該如何爬牆?
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    【編導、剪輯、攝影:周映璇、大和工作室|企劃:張桂綿、呂育修】
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  • 萬有引力原理 在 Jerry Tsai Youtube 的最讚貼文

    2015-12-20 12:04:56

    國立科學工藝博物館與南藝創意工程股份有限公司合辦「哇賽!碰!體感大冒險特展」,包括「雷射迷宮」、「雷射戰場」、「動感劇場」3大體感設施,自104年暑假推出以來,受到廣大民眾歡迎,今年歲末,接續展覽熱潮,再推出第2階段最吸睛的亮點設施:「極致快感,體驗科學-立體螺旋溜滑梯」,本座螺旋溜滑梯約18公尺高,相當於5層樓的高度,全長度46公尺,只須花12秒民眾就從四樓滑到地下一樓,透過溜滑梯刺激體驗了解科學奧妙,讓民眾在極致體驗中,感受及學習「萬有引力」、「位能與動能」、「摩擦力」、「向心力與離心力」的科普知識。

    科工館是全國最大的應用科學博物館,也是南台灣科普教育的學習中心,開館迄今滿18週年,秉持「科技生活化、生活科技化」以及「綠博物館」的宗旨,藉由豐富典藏、多元展示、精彩活動及實用文創,啟迪民眾科學興趣,推動科普教育,培養人人都是科學人,以邁向建構綠博館(Green Museum)的目標邁進。

    博物館與教育之間,相輔相成,科學博物館傳遞「科普」新知,即是要把科技概念廣泛應用在生活中,而「科普」必須運用「體驗式教育」,才能讓教育本身充滿趣味化,科工館倡導「科學體驗,體驗科學」做中學的理念,得以加深民眾的學習印象,提升大眾的科學素養,因此全館11種體驗設施,始終是最受歡迎的館內亮點。

    這次科工館和南藝創意工程股份有限公司,自德國引進「極致快感,體驗科學-立體螺旋溜滑梯」,現場搭配科學教育的演示活動,並陳列與本設施相關的科學原理及大眾科學新知的展示,在民眾熱情享受極致快感的同時,也能培養正向的科學精神與態度、充實豐富的科學生活與應用能力,期使天天都是科學日、人人都是科學人!

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    「哇賽!碰!體感大冒險特展」的票價分為全票280元、學生票220元、優惠票200元、體驗票80元等。其中全票、學生票、優惠票均內含科工館常設廳參觀 + 不分種類任玩4次(格),體驗票限已進本館展示廳者體驗單一項設施時購買。購買上述各種體驗設施票券之前,可評估身心及健康狀態,請務必至科工館北館1F服務台旁購買資訊面板詳閱注意事項,科工館關心您