繩子的神奇反重力現象，破解發現原來這就是太空電梯原理【萌萌戰隊】

這段視頻相信很多人都看過 有人把一根很長的金屬繩子裝在一個燒杯裡 讓繩子一端自由下落 結果燒杯裡的繩子居然擺脫地吸引力 飛了起來 對於這個現象 很多人認為是燒杯裡的繩子因為獲得向上的速度 被拋了起來 但我們知道 被拋起的物體是在重力作用下的減速運動 到達拋物線頂點時速度為零 而視頻裡的繩子 上面每個點都是保持相同的線速度 顯然 事實並沒有這麼簡單 為研究這種現象 萌萌戰隊的小編 連夜去借了一本高中物理課本 終於破解了繩子反重力的祕密 這個繩子的反重力現象分為兩個階段 第一階段是從靜止狀態到繩子一端獲得初始的下落速度 這是啟動階段 可以注意到 這根繩子在上升和下降的轉換部分 出現了一段弧形軌跡 也就是說 繩子上每個點在通過轉彎部分時 都在做近似的圓周運動 而圓心指向地面 對於正處在弧形頂點的那段繩子來說 它在這一瞬間保持著水平方向的切線速度 而實際在做圓周運動 所以這段繩子具有了圓周運動的向心加速度 維持這個加速度的向心力是哪些呢? 除了這段繩子本身微不足道的重力以外 它還受到左右兩側的拉力 而這兩股拉力 正是處於上升和下降段的繩子的重力 因此這段處於圓弧部分的繩子 就是在兩側繩子的重力和自身重力 這三股力的合力作用下 形成指向地面的向心力 從而具有了向心加速度 來完成這個近似的圓周運動 因此真正被拋起來的 並不是垂直上升的那一段繩子 而是做圓周運動的那一段 當然 由於兩側的繩子重量並不一樣 下落段繩子較重 所以這個圓周運動的向心力 並不是保持在轉彎部分正中心的 而是偏向下降段一側 所以繩子轉彎部分的軌跡 看起來並不是一個標準的半圓形 而是下降段的弧形半徑較大 而上升段半徑較小 第二階段你會發現 繩子的轉彎部分 位置在升高 並最終穩定到最高點 這是為什麼呢? 原因就是 下落的繩子在沒有達到地面前 下落速度是越來越快的 所以在繩子到達地面以前 頂部圓弧的接線速度 也跟著越來越大 由於圓弧部分的繩子 線速度在不斷增加 而這個圓弧的半徑並沒有增加 因此所需要的向心加速度 也跟著增加 這就需要更多的向心力來維持 而向心力的來源 只有圓弧兩側繩子的重力 剛開始 兩端的繩子較短 重力較小 並不能滿足圓弧因加速 而額外需要的向心力 所以圓弧由於離心作用 而被甩了上去 當圓弧到達一定高度 兩端繩子因長度增加 受到的重力也增大 正好滿足這個圓弧所需要的向心力 於是轉彎部分的圓弧 就保持在這一高度 整個過程看 真正反重力的繩子 正是轉彎的圓弧那一段 它因較大的向心加速度 擺脫了自己那點可憐的重力 默默無聞地飛在半空中 還順帶把兩端的繩子也提了起來 最後小編要說 這個現象其實就是一部太空電梯 當一顆衛星在軌道上做圓周運動 而所需要的向心力大於自己的重力時 就需要來自地球的額外的牽引力 那麼它就變成了太空電梯的一端 只是這顆衛星的軌道 必須在地球靜止軌道以外 纔有可能在太空電梯的牽引下 保持和地球相同的角速度