月の公転速度は第一宇宙速度よりもはるかに遅いのに、なぜ空から落ちてこないのでしょうか?

これはネットユーザーからの質問に対する答えです。彼はこう言った。「月の公転速度は秒速1.02キロメートルで、これは第一宇宙速度である秒速7.9キロメートルよりはるかに遅い。」地球を周回するはずがないのに、なぜ落ちないのでしょうか?分かりません。

今この問題について話しましょう。

いわゆる第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度は、地球の表面を基準として重力方程式、つまりニュートンの万有引力の法則によって計算されます。この法則は F=MmG/r^2 と表現され、重力の大きさは物体の質量に正比例し、物体間の距離の 2 乗に反比例することを意味します。

つまり、天体の質量が大きいほど、その重力は大きくなります。しかし、2 つの天体間の距離が長くなるほど、重力は指数関数的に減少します。このように考えると、地球表面における第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度は、地球表面からの距離が遠ざかるにつれて常に変化し、減衰していることが理解しやすくなります。距離が遠くなるほど、これらの速度要件は小さくなります。

さて、地球の表面上では秒速 7.9 キロメートルである第一宇宙速度についてお話ししましょう。つまり、地球から離陸する物体は、地球の重力に対抗するために秒速 7.9 キロメートルに達する必要があります。しかし、この速度では地球の重力から逃れることはできません。地球の重力とのバランスをとることしかできません。地球の重力によって引き下げられることも、地球の重力の拘束から逃れることもありません。地球の周りを回るだけです。

したがって、第一宇宙速度は軌道速度とも呼ばれます。これが従う式はニュートンの万有引力の法則から導かれ、v²=GM/r と表されます。ここで、v は軌道を回るために必要な速度、いわゆる第一宇宙速度を表します。 G は万有引力定数、M は脱出する必要のある天体の質量、つまり地球の質量です。 rは地球の質量から逃れようとする物体と地球の重心、つまり地球の中心との間の距離です。

地球の半径は約6371キロメートルで、これは地球の中心から地表までの距離と考えることができます。この式によれば、地球表面における第一宇宙速度を計算することができます。計算式は、v^2=（6.67*10^-11）*（5.965*10^24）/6371000≈62449458、v≈7902 m/sです。

これがいわゆる第一宇宙速度の源です。物体が地球の表面から 20,000 キロメートル上空を飛行している場合、いわゆる第一宇宙速度は秒速約 3,844 メートルにすぎません。月と地球の平均距離は 384,000 キロメートルなので、月に対する地球の重力ははるかに弱くなります。軌道公式によれば、軌道速度に達するには、その軌道速度が毎秒 1018 メートルに達するだけでよい。このため、月の公転速度はわずか1.2キロメートル程度ですが、地球の重力に吸い込まれることはありません。

実際、月は地球から年間3.8センチメートルの速度で遠ざかっており、その理由についてはさまざまな意見があります。この現象は主に地球と月の間の周期的な潮汐作用によって引き起こされるという説があります。つまり、月の重力によって地球の海水の満ち引き​​が起こり、地球の自転のエネルギーが消費されるのです。地球の自転速度は低下し続け、月は徐々に遠ざかっていきます。

しかし別の理論では、重力は質量と距離にのみ関係し、回転速度とは関係がないとされています。月が徐々に遠ざかっている理由は非常に複雑で、一部の人が言うように地球の自転が遅くなっているためではありません。これはまた別の話題で、長い話なので、今日はこれについては触れません。

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