月球為什么不會撞向地球?

國外媒體報道,眾所周知地球對月球存在引力作用,但其中一個簡單的問題是:既然存在引力 , 月球為何沒有被地球引力拖拽而與地球發生碰撞?要解答這個看似簡單的問題,必須從引力是什么開始說起 。
引力
引力是具有我們稱之為“質量”的屬性的天體之間的相互作用,而質量是指形成天體的電子、質子和中子的數量 。因為質量的存在,引力作用存在以下特性:
1. 它取決于兩個相互作用的天體的質量 。
2. 天體質量越大 , 產生的引力越大 。
3. 如果兩個天體之間的距離增大 , 引力作用反而減少 。
4. 一個天體受到的引力作用總是與另一個天體的方向相同 。換句話說,引力是種吸引力 。

月球為什么不會撞向地球?

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作用力
倘若我對月球施加作用力,這些作用力對物體有何影響?簡言之,作用力會改變物體的運動 。
作用力與物體速度方向相同 。假設一個物體向左運動,同時受到一個同方向的作用力(如圖2) 。單一持續的作用力會使得物體加速,不要錯誤的認為持續的作用力會使得物體以恒定速度移動 。
月球為什么不會撞向地球?

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作用力與物體速度方向相反 。同理倘若一個向右移動的物體受到向左的作用力 。物體的速度因此會減慢 。如果月球以恒定速度環繞地球運行,那么它既不會加速也不會減慢 。
月球為什么不會撞向地球?

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作用力與物體速度方向相垂直 。我們將這種力稱之為“側面”力 。如果物體僅僅受到垂直力,它既不會加速也不會減慢,只會改變方向 。因此如果想要施加持續的垂直力 , 力的方向必須不斷改變以保持與物體移動方向相垂直 。
月球為什么不會撞向地球?

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這是一張地球月球系統的圖表 。月球距離地球的確非常遙遠 , 圖中顯示的月球地球距離只有實際的1/5 , 但相對大小比例是正確的 。
月球為什么不會撞向地球?

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【月球為什么不會撞向地球?】紅色的箭頭代表對月球產生的引力 , 如果月球以完整的圓移動,那么引力作用將會一直是“側面”力,因此僅僅會改變移動方向 。但由于地球的質量是月球的81倍 , 這意味這即使月球是以圓形移動,也是一個相對非常小的圓 , 以至于這個圓的中心是位于地球以內的 。
月球為什么不會撞向地球?

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真正的月球
如果月球真的以完美的圓移動,那么受到引力作用將永遠是“側面”力 。圖中出現了一個非圓形軌道的地月系統 。很明顯月球受到的引力作用并非與速度方向垂直 。在這樣的情況下,引力的部分分力是與速度方向相同,因此月球移動速度會加速 。而引力的另外一部分分力是垂直力,因此月球將會改變移動方向 。月球在向地球靠近時,速度不斷增加,反之亦然,隨著月球遠離地球,速度不斷減少