当你用足力气旋转一桶水的时候,你会发现它们一滴都没有掉出来。为什么水会始终待在水桶里呢?给你个提示,想想衣服在洗衣机里转动时,会贴到转桶边上,或者地球在以67000英里每小时的速度围绕着太阳转动。
当你将一桶水绕着你的身体由上到下垂直转动的时候,你对水桶施加了一个向心力(方向是向着中心的)。你在迫使一个物体沿着一个圆周路径运动。与此同时,重力将桶和桶中的东西拉向地面。
快速转动水桶的时候,桶中的水由于倾向于飞出水桶而紧紧地压住桶底。当把水桶荡到这个垂直圆周的顶部时,桶里的水向上运动并且这种趋势会大于重力对水产生的向下的作用,所以水是不会洒出来的。
如果水桶转动的速度不够快,或者中途停止的话会发生什么现象呢?桶里的水会立刻都洒出来。想想洗衣服的过程。在衣服开始转动之前,它们在向下的重力的影响下松散地堆在洗衣桶的底部。但是当你启动洗衣桶的时候,桶里的衣服会被抬起来并且被甩到桶壁上去。减慢或者停止旋转时,衣服会从桶壁上掉落下来。
同样地,如果水桶转动得非常慢的话,桶里的水也会掉出来。突然停止转动的水桶的话,桶里的水会洒到你身上。重力会又一次获胜。
或者还有第三种情况——松手。当失去向心力之后,运动物体的惯性会呈现出来。
水桶被你抓着的把手或绳子束缚着。而且桶里的水会被桶底挡住而不能飞出来。如果在转动的时候将水桶松开的话,水桶会沿着直线飞出去。当脱离你所提供的向心力之后,水桶和里面的水会继续一同飞行一段距离而不分开(至少是一小段距离)。
现在我们来分析一下地球。如果我们这个绕着太阳旋转着的星球减慢了旋转的速度,或者突然停止了它的转动,那么它就会受到引力的作用而飞向太阳,这就像水桶里的水会在水桶转动减慢或者停止的时候落下来一样。
另一方面,如果一个恼怒的太阳带着它的引力生气地消失了呢?原来像一只忠诚的小狗一样,围着太阳快速转动的地球会立刻从向心力的束缚中解放出来。我们的这个星球会沿着直线一直飞出去。在飞入无边的宇宙的过程中,地球和它上面的物体会保持一同飞行,直到它被另一个恒星的引力所吸引,或者和另一个行星撞上,又或者被吸进黑洞。