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從行星運行軌道到引力彈弓:你看懂流浪地球了嗎?

2023-01-30 10:28:02

在時下熱門影片《流浪地球2》描繪的“流浪地球計劃”中,一個關鍵的節(jié)點是借助木星來讓地球加速到足以離開太陽系。1月27日,《張朝陽的物理課》第一百一十八期開播,搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼CEO張朝陽就這個話題,為廣大網友帶來了一節(jié)別開生面的物理課。課上張朝陽首先回顧了上一次直播課中關于洛希極限的討論,并指出在地月系統靠近的過程中,地球強大的引力作用會顯著改變月球的幾何形狀,從而不能再把月球看作剛體球,而應當討論作為流體的月球和對應的洛希極限,月球實際解體的位置會比剛體模型的情況更遠。隨后他通過角動量守恒定理和能量守恒定律,化簡了行星運動的軌道方程,并得到了方程的解。最后他講解了引力彈弓的物理原理,并討論了通過引力彈弓來加速的條件。

張朝陽在課程里深入淺出地向觀眾解析行星運動的物理規(guī)律,以及引力彈弓的物理本質。引力彈弓并非科幻作品的想象,事實上發(fā)射于1977年的旅行者1號和2號正是引力彈弓效應的受益者:原本計劃中數十年的航行任務被加快到了十幾年。直到今天,兢兢業(yè)業(yè)工作45年的旅行者1號早已離開太陽系,帶著人類文明的概括和對廣袤宇宙的希望和決心,行進在星際空間之中。也許在未來,人類文明消失在地球上時,銀河系之間仍然有著旅行者1號作為一個光輝的文明曾經存在過的證明。

在課程之中,張朝陽利用守恒定律來求解天體運行的動力學方程,證明了其運行軌道總是圓錐曲線的形式,而且分析了不同軌道的特點和幾何性質。他利用一貫的物理直覺來處理物理問題,將可能的繁雜數學運算簡化成我們熟悉的角動量守恒和能量守恒中來,更是通過敏銳的觀察來找到了軌道方程的簡潔表達。

張朝陽也向觀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心的問題得到解答,從復雜的問題背景進去,張朝陽得到了一個優(yōu)美的關系:雙曲線軌道對稱軸與行星速度的夾角決定了引力彈弓實現加速過程還是減速過程,再一次踐行了其硬核計算的風格同物理之美的有機結合,為廣大觀眾帶來了獨特的物理體驗。

截至目前,《張朝陽的物理課》已直播一百余期,內容豐富、覆蓋廣泛,理論公式由淺入深、繁簡交融。從去年11月開啟第一節(jié)物理直播課,他先是從經典物理學開始,科普了牛頓運動定律等;而后從經典物理的“兩朵烏云”說起,向近現代物理過渡,探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識。

此后逐步進入量子力學領域,從基礎的薛定諤方程等理論內容,到氫原子波函數,再到氣體定容比熱的溫度階梯,并順勢講解了熱力學定律。接著回到了經典物理,推導出飛船運行軌跡,估算太陽的結構與性質以及中子星的自轉速度,隨后講解了陀螺的進動,還計算出月球的潮汐高度。緊接著開始介紹狹義相對論的四維語言,并逐步過渡到了電磁學。

《張朝陽的物理課》的直播風格獨樹一幟:以演算物理為特色,注重從日?,F象引入,通過一步一步詳盡計算和硬核推導,理解自然界的基本規(guī)律。

據了解,《張朝陽的物理課》于每周周五、周日中午12時在搜狐視頻直播,網友可以在搜狐視頻“關注流”中搜索“張朝陽”,觀看直播及往期完整視頻回放;關注“張朝陽的物理課”賬號,查看課程中的“知識點”短視頻;此外,還可以在搜狐新聞APP的“搜狐科技”賬號上,閱覽每期物理課程的詳細文章。

除了《張朝陽的物理課》外,在直播方面,搜狐視頻正持續(xù)打造知識直播平臺,邀請各個科學領域的頭部播主入駐,進行科普知識直播。在“歷史其實很有趣”科學公開課中,南京大學西方文學碩士、《中國國寶大會》四強選手、國學博主魯韋彤帶你“跟老祖宗學‘浪漫告白’”;作家、中國國家地理專欄作者鄧春海在線科普“古人牙齒保健”;歷史文化學博士赫老師說歷史為你揭曉“古人如何賺錢理財”,了解隱士到底有多窮;北京大學學士、中國傳媒大學博士大錘說史分享“沒暖氣沒秋褲,古人怎樣過冬?”……未來將有更多知識主播入駐搜狐視頻,一同玩轉科學,探索不同領域。

責編 蒲禎

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