大年初一九点半跑到电影院包场看《流浪地球》，真心看哭了，不是因为剧情跌宕起伏，而是为中国科幻电影进入新纪元感到激动。
今天又去二刷，不过原因有点奇葩：仅仅是做为一个物理老师要确认下数据，《流浪地球》这部硬科幻中可是有不少高中用得到的物理知识，回头给同学们讲讲，多少能给他们增加些吹牛资本，顺道对所学知识进行运用层面的思考。
（知识点出现在哪一章我会注明，以供同学们查阅探讨，另外，超出高中知识的部分不做详细论述）
知识点一：核聚变——地球为啥要流浪
（选修3-5第19章）
大家知道，太阳之所以会放出大量能量是核聚变的结果，所谓的核聚变就是质量轻的原子核结合成质量较大的原子核进而释放核能的过程。释放出来多少能量可以用爱因斯坦的质能方程来计算。
太阳的寿命大约是亿年左右，现在已经活了46亿年了，可以说是正值壮年，目前是氢核聚变成氦核的过程。这个阶段的太阳是相对稳定的，但是再过30-50亿年，大部分的氢核聚变成氦核，聚变所产生的能量不能够抵抗太阳自身万有引力，太阳会向内坍塌。坍塌的结果是导致压力骤增，这个时候氦核会进一步发生聚变，但是这个过程非常的迅速，会在短时间内释放出大量能量。我们把这个现象叫做氦闪，随后太阳就会膨胀进入红巨星阶段。这个时候太阳的体积就会比现在大得多。它会把水星、金星全都包进去，甚至可能到达地球的位置。这也就是“流浪地球计划”的背景，不过这都是多少亿年后的事儿了。
敲黑板了！！！
下面是氢聚变：
这是是质能方程：
其中E是产生的核能，m是聚变过程中损失的质量，c是光速。
知识点二：宇宙速度——地球需要多大的速度才能逃离太阳系
（必修二第六章）
《流浪地球》中地球要通过行星推进器加速才能从太阳系脱离出去，甚至还要借助木星的引力加速，电影的灾难也就是在靠近木星时发生的。这是因为在太空没有摩擦力，物体运动不能像在地球上一样说走就走，只能利用向心力和相互作用力实现加减速或者变轨。速度越大，就能够离中心天体越远！那么把地球推出太阳系又需要多大速度呢？
这就要讲到三个宇宙速度了。
首先来看第一宇宙速度。大家想一想，如果我们往远处扔一个苹果，苹果就会落在地面上，随着扔出速度越来越大，苹果也会越来越远，假如我们扔出苹果的速度足够大，那么苹果将会围着地球转圈，不会落在地面上，也就是苹果飞起来了，换句话说，苹果就成为了地球的卫星！这就是牛顿的猜想，也是后来航天科技的基础理论！
把这个过程说的专业一点，就是万有引力提供向心力时，物体就会成为地球卫星。假设物体贴地飞行，我们可以看成重力提供向心力，可以计算出此时的速度为7.9千米/秒，这就是传说中的第一宇宙速度，有了这个速度，古人说的上天就不是问题了。这是成为地球卫星的基础，意味着和月亮肩并肩。
下面来看第二宇宙速度。前面讲到第一宇宙速度让物体（航天器）成为地球卫星，第二宇宙速度就是让它彻底摆脱地球成为太阳的卫星，也就和地球一样围着太阳转，当然这个时候就得改名叫地球行星了。这个速度是第一宇宙速度的√2倍，大约是11.2千米/秒。此时意味着和地球肩并肩。
最后来看第三宇宙速度，也叫逃逸速度。逃逸这个词在《流浪地球》中提到过几次，意思是地球要摆脱太阳引力进入比邻星的地盘，一旦摆脱就成功逃逸，也就意味着真正的流浪！那么这个速度是多少呢？如果是在地球上顺着地球公转的方向发射航天器，航天器既要摆脱地球引力又要摆脱太阳引力，计算可以得出这个速度至少是16.7千米/秒，有了这个速度航天器就可以和太阳肩并肩了。
这里有个问题，地球的公转速度大约是30千米/秒，这个速度可是远大于第三宇宙速度，为啥地球没有自己早早飞出太阳系呢？这是因为刚才的宇宙速度都是以地球做为参考系，发射的航天器还会受到地球的引力。地球相对于太阳的逃逸速度就是地球公转速度的√2倍，大约42千米/秒。
敲黑板了！！！
这里高考要考的是第一宇宙速度，计算方法是重力提供向心力。
另外要注意的是，做为中心天体的卫星，随着运行半径的增大，线速度会减小，周期会增大，计算方式如下：
地球做为太阳的行星也是如此。
知识点三：匀加速直线运动——去往新家园时间够吗？
（必修一经典力学）
据影片介绍，流浪地球计划分为五步，第一步准备，建造行星发动机；第二步刹车，让地球停止自传；第三步逃逸，借助太阳和木星让地球逃出太阳系；第四步流浪，驱使地球驶往目标星系；第五步泊入比邻星轨道，开启新纪元。整个过程持续年。很多人认为时间怎么会这么长，接下来我门来粗略算一下：
我们只看第四步，地球摆脱太阳后便火力全开加速到光速的千分之五奔向4.2光年外的比邻星。
地球上共有00个行星发动机，每个推力是亿吨，加起来是万亿吨，也就是1.5×10∧18N，地球质量约6×10∧24KG。根据牛顿第二定律F=ma可以得到，地球加速度大约2.5×10^-7m/s，光速为c=3×10∧8m/s，由v=at可以计算出地球加速到光速的千分之五就需要约19万年，别说之后的匀速滑行了。
所以，不计算不知道，一计算吓一跳，宇宙真的大到让人难以想象，浑身哆嗦。
我所列举的这三项都属于高中知识范畴，还有以下问题大家有兴趣可以自己思考计算：
1、让地球停止自传需要多长时间？（要用到角动量知识）
2、地球停止自传后为什么会有滔天海啸？地磁场会不会消失？
3、行星发动机都在北半球会不会真的过了晨昏线就是永夜？
4、地壳能够承受那么大的推力吗？
5、为什么空间站一直要转圈？
6、为什么空间站停转时，刘培强才飘起来？（还记得飘在空中的眼泪吗？）
当然，做为科幻电影，我们不能用真实的物理知识去挑刺，不然任何美国大片都站不住脚。我个人给《流浪地球》这部电影满分，它注定会成为中国科幻电影的一座里程碑！
这篇文章仅仅是给中学孩子一些对所学知识的应用思考，如果同学们能体会到人类在宇宙中的分量并建立正确的宇宙观那就是意外收获了。
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