问伊森:引力的顶点是否违反了最简单的物理学定律?

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电影在激发我们对人类未来主题的想象力中起着至关重要的作用,这在太空旅行领域最为明显。 在过去的几年中,《星际穿越》,《火星人》和《地心引力》等电影帮助我们想象了未来会发生什么,但与此同时,人们对这些电影的准确性有疑问。 我从特洛伊·斯图尔特那里得到了这个问题:
我和我的妻子在晚上观看重力,并看到下图所示的内容。 问题是,为什么当乔治放开绷紧的文件时,当他们悬挂在太空中时,他会飞走吗? 确实,此刻的重量是相同的,并不起作用。 妻子认为,由于质量的差异,他们以不同的速度漂浮在太空中。 我相信,大众只有在试图改变方向时才发挥作用。 那么,为什么乔治会飞走,解开自己呢?

还有这张照片。

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在这个场景中,两名宇航员拼命地飞越国际空间站。 有一个带有触发降落伞的Soyuz模块之一。 瑞安·斯通(桑德拉·布洛克(Sandra Bullock))和马特·科瓦尔斯基(Matt Kowalski)(乔治·克鲁尼(George Clooney))试图抓住他。 两者都失败了,但斯通用脚紧贴着降落伞线并握住科瓦尔斯基。 他们看到绳子不会挡住他们两个,所以科瓦尔斯基脱钩并慢慢漂浮到太空中,远离斯通和空间站。

但是在这种情况下,特洛伊描述了一个问题。 显然,这与牛顿的第一定律相抵触。

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牛顿的第一定律可以称为人类已知的最古老的物理学定律:静止的物体保持和平,如果外力不作用于运动的物体,则物体保持其方向和运动速度。 在斯通和科瓦尔斯基抓住降落伞线之后,它被拉伸了而不再拉伸,他们应该以相同的速度和相同的方向运动。 乍一看,他们甚至没有理由拉吊索-他们以恒定的速度运动,没有加速,这意味着没有动力。 但仍然,科瓦尔斯基在脱钩后飞翔。



底线是外力在这里起作用。 例如,地球有重力。 稀疏大气的影响很小,但不能忽略(因此,低轨道卫星必须定期升起,否则它们将离开轨道并在大气中燃烧)。 国际空间站的重量比斯通或科瓦尔斯基大得多,因此更容易产生重力。 但这无关紧要,因为牛顿的第三定律(F = ma)表示,即使质量不同,国际空间站,斯通和科瓦尔斯基的加速度也应该相同。

气氛的影响也是一个有趣的问题。 它取决于物体的密度,表面积和尺寸。 出于这个原因,如果伽利略(Galileo)真正地进行了实验,将两个质量不同且大小相同的小球从比萨斜塔上掉下来,他会发现较重的小球更快地飞到了地面:与重5公斤的小球相比,小球重500克只具有10%的吸引力,而22%的空气阻力! 比国际空间站更轻,更轻的物体(例如,一个人)将受到来自大气层的更大拉力,因此,它在轨道运行时将更加缓慢地减速。



但这还不足以反映电影中正在发生的事情。 ISS的空气密度非常低,以至于科瓦斯基(Kowalski)可能需要几个月的时间才能向一侧撕裂。 它可以通过电缆上的一个简单的冲击就被发送到航天器的侧面,这将打折整个情节。

但是,如果我们将电影的海报视为真实,那我们就没有考虑到这一点。 如果我们不将电缆视为线性系统,但要注意对象的布置中存在拐角,该怎么办?



Kowalski显然与Stone呈一定角度,而Stone与ISS呈一定角度。 什么会导致太空中的这种情况? 飞船的旋转! 这可能是由于在ISS质心以外的任何地方发生的最近发射或碰撞(发生在胶片中)引起的很小的旋转引起的。 如果您曾经在绳索上旋转过一个球然后将其切开,您会知道该球会直线飞走。



在太空中,这种旋转可能非常缓慢。 如此缓慢,以至于在观看情节时几乎无法察觉。 但这可能足以:
•保持电缆拉紧。
•可能会导致电缆末端的重物撕裂。
•如果释放了末端的重量(Kowalski释放了电缆),则由于惯性它将移开。

因此,特洛伊(Troy),您是对的,为了拉扯电缆,冒断电缆的危险以及在Kowalski释放电缆时将其移离站点,还需要某种加速。 这种加速度可能是由外力引起的速度变化引起的,也可能是由旋转运动引起的方向变化引起的。 根据我在影片中看到的内容,我选择方向的变化:很小,但足以引起影片中显示的效果。



也许我不像大多数科学家那样看电影。 我不是在寻找缺陷,也不是在打孔,我不是说:“ 这是不可能的 !”。 我试图调和物理定律提供的可能性正在发生的事情,在这里我找到了这样的选择。 旋转在电影《火星人》中也扮演了重要角色; 有一次我想对马特·戴蒙大喊大叫,马特·戴蒙在他的宇航服的袖子上戳了一个洞-我不明白为什么他不把它靠近他的重心以便更好地控制飞行!

结果,像科瓦尔斯基这样经验丰富的宇航员可能会试图使一个强大的冲击力靠近该站,如果仅它的旋转不大于影片中所看到的那样,那么这种机动将是不可能的。 但是,任何形式的加速都是不被钩住的宇航员开始飞走的唯一原因。 因此,应该对这种效果进行解释。 好吧,或者电影制片人只是认为情节,历史和结局比科学更重要,他们只是在等待一位不那么挑剔的天体物理学家的出现,他会为发生的一切提供适当的解释!

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN402599/


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