行星发动机向哪个方向喷射才能让地球远离太阳？

一、引子

近日，在一个全国性的物理微信群内看到有网友在讨论电影《流浪地球》中喷射式行星发动机的喷射方向问题。由于前一阶段刚刚研究过卫星的发射和变轨问题，对这个问题产生了许多新的思考。

二、试题回放

三、参考答案

B

四、辨析

行星远离太阳与卫星远离地球相似，如果要让卫星轨道升高，甚至逃出地球引力范围，卫星发动机的喷口必须向卫星运动的反方向喷射气体，产生与卫星运动方向相同的推力，使卫星速度不断增加，最终逃离地球引力范围。

朝着太阳的方向喷射物质，地球受到的发作用力与速度方向垂直，地球速度无法增加，因此无法让地球远离太阳。

五、仿真模拟

在Working Model中构建地球绕太阳做圆周运动的模型，然后对地球分别施加切向力和法向力，比较两者的作用效果。

图1为地球正常绕太阳运动的情形

地球在正常情况下，绕太阳做匀速圆周运动的，这是与法向推力效果和切向推力效果进行对比分析的前提。

图1

图2为地球受到法向推力的情形

地球在大小恒定的法向推力的作用下，地球的绕日轨道发生了些许变化，轨道由圆周变成了椭圆，但是地球轨道依然是封闭的，地球绕太阳做封闭的周期性运动，无法使地球远离太阳。

图2

图3为地球受到切向推力的情形

地球在大小恒定的切向推力的作用下，地球的绕日运动的速度不断增加，地球与太阳的距离逐渐变大，地球轨道不再是封闭的，而是呈螺旋线逐渐远离太阳。

图3

六、结论

在星际航行中，飞船的变轨方式与地面上汽车的变轨方式截然不同。

若使地球远离太阳，地球上的行星发动机的喷射方向必须背离地球的运动方向。

七、建议

鉴于科学性是试题命制的首要标准，建议命题人在命制创新性试题或对现有试题进行改编时，一定要小心谨慎，仔细推演，多方求证，以确保试题的科学性。

| 创客焦作 | 

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