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從行星運(yùn)行軌道到引力彈弓:你看懂流浪地球了嗎?

2023-01-30 10:28:02

在時(shí)下熱門(mén)影片《流浪地球2》描繪的“流浪地球計(jì)劃”中,一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)是借助木星來(lái)讓地球加速到足以離開(kāi)太陽(yáng)系。1月27日,《張朝陽(yáng)的物理課》第一百一十八期開(kāi)播,搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼CEO張朝陽(yáng)就這個(gè)話(huà)題,為廣大網(wǎng)友帶來(lái)了一節(jié)別開(kāi)生面的物理課。課上張朝陽(yáng)首先回顧了上一次直播課中關(guān)于洛希極限的討論,并指出在地月系統(tǒng)靠近的過(guò)程中,地球強(qiáng)大的引力作用會(huì)顯著改變?cè)虑虻膸缀涡螤?,從而不能再把月球看作剛體球,而應(yīng)當(dāng)討論作為流體的月球和對(duì)應(yīng)的洛希極限,月球?qū)嶋H解體的位置會(huì)比剛體模型的情況更遠(yuǎn)。隨后他通過(guò)角動(dòng)量守恒定理和能量守恒定律,化簡(jiǎn)了行星運(yùn)動(dòng)的軌道方程,并得到了方程的解。最后他講解了引力彈弓的物理原理,并討論了通過(guò)引力彈弓來(lái)加速的條件。

張朝陽(yáng)在課程里深入淺出地向觀(guān)眾解析行星運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律,以及引力彈弓的物理本質(zhì)。引力彈弓并非科幻作品的想象,事實(shí)上發(fā)射于1977年的旅行者1號(hào)和2號(hào)正是引力彈弓效應(yīng)的受益者:原本計(jì)劃中數(shù)十年的航行任務(wù)被加快到了十幾年。直到今天,兢兢業(yè)業(yè)工作45年的旅行者1號(hào)早已離開(kāi)太陽(yáng)系,帶著人類(lèi)文明的概括和對(duì)廣袤宇宙的希望和決心,行進(jìn)在星際空間之中。也許在未來(lái),人類(lèi)文明消失在地球上時(shí),銀河系之間仍然有著旅行者1號(hào)作為一個(gè)光輝的文明曾經(jīng)存在過(guò)的證明。

在課程之中,張朝陽(yáng)利用守恒定律來(lái)求解天體運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)方程,證明了其運(yùn)行軌道總是圓錐曲線(xiàn)的形式,而且分析了不同軌道的特點(diǎn)和幾何性質(zhì)。他利用一貫的物理直覺(jué)來(lái)處理物理問(wèn)題,將可能的繁雜數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)化成我們熟悉的角動(dòng)量守恒和能量守恒中來(lái),更是通過(guò)敏銳的觀(guān)察來(lái)找到了軌道方程的簡(jiǎn)潔表達(dá)。

張朝陽(yáng)也向觀(guān)眾展示了引力彈弓背后的物理,在高度的抽象與物理原理之中,為什么能用引力加速,什么情況可以加速這些受到關(guān)心的問(wèn)題得到解答,從復(fù)雜的問(wèn)題背景進(jìn)去,張朝陽(yáng)得到了一個(gè)優(yōu)美的關(guān)系:雙曲線(xiàn)軌道對(duì)稱(chēng)軸與行星速度的夾角決定了引力彈弓實(shí)現(xiàn)加速過(guò)程還是減速過(guò)程,再一次踐行了其硬核計(jì)算的風(fēng)格同物理之美的有機(jī)結(jié)合,為廣大觀(guān)眾帶來(lái)了獨(dú)特的物理體驗(yàn)。

截至目前,《張朝陽(yáng)的物理課》已直播一百余期,內(nèi)容豐富、覆蓋廣泛,理論公式由淺入深、繁簡(jiǎn)交融。從去年11月開(kāi)啟第一節(jié)物理直播課,他先是從經(jīng)典物理學(xué)開(kāi)始,科普了牛頓運(yùn)動(dòng)定律等;而后從經(jīng)典物理的“兩朵烏云”說(shuō)起,向近現(xiàn)代物理過(guò)渡,探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識(shí)。

此后逐步進(jìn)入量子力學(xué)領(lǐng)域,從基礎(chǔ)的薛定諤方程等理論內(nèi)容,到氫原子波函數(shù),再到氣體定容比熱的溫度階梯,并順勢(shì)講解了熱力學(xué)定律。接著回到了經(jīng)典物理,推導(dǎo)出飛船運(yùn)行軌跡,估算太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以及中子星的自轉(zhuǎn)速度,隨后講解了陀螺的進(jìn)動(dòng),還計(jì)算出月球的潮汐高度。緊接著開(kāi)始介紹狹義相對(duì)論的四維語(yǔ)言,并逐步過(guò)渡到了電磁學(xué)。

《張朝陽(yáng)的物理課》的直播風(fēng)格獨(dú)樹(shù)一幟:以演算物理為特色,注重從日?,F(xiàn)象引入,通過(guò)一步一步詳盡計(jì)算和硬核推導(dǎo),理解自然界的基本規(guī)律。

據(jù)了解,《張朝陽(yáng)的物理課》于每周周五、周日中午12時(shí)在搜狐視頻直播,網(wǎng)友可以在搜狐視頻“關(guān)注流”中搜索“張朝陽(yáng)”,觀(guān)看直播及往期完整視頻回放;關(guān)注“張朝陽(yáng)的物理課”賬號(hào),查看課程中的“知識(shí)點(diǎn)”短視頻;此外,還可以在搜狐新聞APP的“搜狐科技”賬號(hào)上,閱覽每期物理課程的詳細(xì)文章。

除了《張朝陽(yáng)的物理課》外,在直播方面,搜狐視頻正持續(xù)打造知識(shí)直播平臺(tái),邀請(qǐng)各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的頭部播主入駐,進(jìn)行科普知識(shí)直播。在“歷史其實(shí)很有趣”科學(xué)公開(kāi)課中,南京大學(xué)西方文學(xué)碩士、《中國(guó)國(guó)寶大會(huì)》四強(qiáng)選手、國(guó)學(xué)博主魯韋彤帶你“跟老祖宗學(xué)‘浪漫告白’”;作家、中國(guó)國(guó)家地理專(zhuān)欄作者鄧春海在線(xiàn)科普“古人牙齒保健”;歷史文化學(xué)博士赫老師說(shuō)歷史為你揭曉“古人如何賺錢(qián)理財(cái)”,了解隱士到底有多窮;北京大學(xué)學(xué)士、中國(guó)傳媒大學(xué)博士大錘說(shuō)史分享“沒(méi)暖氣沒(méi)秋褲,古人怎樣過(guò)冬?”……未來(lái)將有更多知識(shí)主播入駐搜狐視頻,一同玩轉(zhuǎn)科學(xué),探索不同領(lǐng)域。

責(zé)編 蒲禎

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