月亮像公转周期一样自转,所以只有一面面向地球 。于是月球被这一瞬间拉动,最后月球只有一面对着地球 。月球只有一面对着地球是普遍现象,否则很少见 。既然月球被地球锁住了,为什么地球没有被月球锁住?在恒星参考系下,月球的公转时间为27.32天,其自转周期也是27.32天,这就造成了月球始终面向地球 。
月球中心会有陀螺仪吗?为什么永远只有一面朝向地球?
永远一面朝向行星的卫星非常常见,我们太阳系内就有一大堆 。比如火卫一、火卫二,都是潮汐锁定,木星有八颗卫星,土星有十五颗卫星都是潮汐锁定 。所以月球只有一面朝向地球才是常见的现象,否则才是罕见,月球自转和公转周期一样,所以只有一面朝着地球 。由于地球和月球或者其他行星的卫星也是因为他们之间的引力作用,不好理解的话可以当做卫星被拉扁不是个标准的球了,然后就有力矩了,转着转着最终只有一面朝着行星了,
月球为什么总是一面朝着地球呢?月球会自转吗?
2019年1月3日,中国的“嫦娥四号”卫星成功的在月球背面登陆,它携带的月球探测车“玉兔二号”也开始了正常的工作,这是人类历史上第一次在月球背面实现软着陆,揭开了人类探索月球的新的篇章 。月球在围绕地球公转时,也在自转,在恒星参考系下,月球公转时间是27.32天,自转周期同样也是27.32天,于是就造成了月球总是一面朝着地球 。
也正因为如此,千百年来,月球的背面对人类十分神秘,直到近代,人类发射了许多的人造卫星,才终于揭开了月球背面神秘的面纱 。那么,为什么月球的自转周期和公转周期严格相等呢?为了解释这个问题,我们首先要从一个虚拟力:惯性离心力说起,惯性离心力力是物体之间的相互作用,需要有施力物体和受力物体,比如重力、摩擦力、弹力、电磁力等都是真实存在的力 。
但是,有时候为了数学处理的方便,我们会引入一些虚拟的力,它们不存在,但是引入之后会使问题的讨论变得十分方便,惯性离心力就是这样一种力,我们都有过这样的经历:在公交车上,如果公交车向左转弯,我们的身子会不由自主的向右歪 。在游乐场里有种类似旋转秋千的设施,一旦转动起来,人就会飞到空中,这些都可以看做惯性离心力的作用,
我们可以设计这样的一个模型来说明惯性离心力:有一个匀速旋转的圆盘,上方固定了一个小球 。原本小球和圆盘一起旋转,但是某个时刻,小球和圆盘的连接突然断掉了,此后,圆盘会继续旋转,但是小球会凭借惯性做匀速直线运动 。此时如果我们站在圆盘上看,就会觉得小球离中心点越来越远,好像有一种力正在拉着小球向外运动,我们可以把这种力叫做惯性离心力,
经过物理学的推导,惯性离心力的公式为:其中m表示物体的质量,r表示物体到旋转圆心的距离,而ω称为角速度,表示物体旋转的快慢,它的大小等于2π与旋转周期的比 。从公式可以看出:物体的质量越大,距离中心越远,旋转的越快,那么惯性离心力就越大,潮汐利用惯性离心力,我们就可以方便的解释潮汐了 。我们知道:地球时刻受到太阳的万有引力作用,同时地球在围绕太阳做圆周运动,因此还受到了惯性离心力,
万有引力的大小为其中G是万有引力常数,M和m分别是太阳和地球的质量,r是太阳和地球的距离 。容易看出:万有引力是随着距离的增大而减小的,另一方面,如前所述,离心力的大小为离心力是随着距离的增大而增大的 。在地球中心O的位置,这两个力刚好等大反向,合力为零,因此地球的公转半径几乎不变,既不会靠近太阳,也不会远离太阳,
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