既然永动机不能实现,地球为啥还在不停转动?
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发布时间：2023-08-11 20:45
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时间：2024-12-12 22:47
地球这个大家伙已经在太阳系中运动了至少46亿年，它每天会以非常高的速度自转一圈，每年会绕着太阳公转一圈，不出意外的话它能转到太阳死亡，这个时间估计是70亿年以后。
太阳死亡以后会变为一颗和地球体积大小的白矮星，但是它的密度非常高，如果地球这时还存在的话，它会继续绕着这颗恒星的残骸继续运转。
除了地球以外，在太阳系，甚至银河系，乃至整个宇宙这种旋转运动十分普遍，因为宇宙的大型物质结构就是这样形成的。
这就产生了一个问题，貌似很矛盾。
13世纪的时候，人类就梦想在地球上建造一个可以永动的机器。
它不需要外力的作用，也就是不需要能量的输入，仅仅依靠自身，不管是扭矩的变化、还是一些花里胡哨的操作， 就能自己永远转动、或者运动的机器。
但是无数次的尝试都失败了，这其中包括15世纪达芬奇这个制作机械的大师、还有17世纪英国的波义耳都动手做了很多类型的永动机，但最后都证明永动机在地球上无法实现。
为什么呢？其实最直接的原因是因为你在地球上不管是制作啥机器，不管是你的结构再怎么精妙，也不管你的设计多么合理，都无法避免一个问题；
就是机械运转所带来的摩擦力，以及空气，还有地球引力的作用。
这些我们可以统称为阻力，它会不断地使机械转动最初的动量消耗殆尽，直到停止运转。
为了对抗这些阻力，你必须给这个转动系统提供一个和所有阻力相同大小的力，才能保证其在惯性下一直运转。
如果你还想要让这个系统给外界做功，那么这个力就必须大于整个系统的阻力。
所以就出现了个各种奇形怪状的机器。依靠自身的转动来自己给自己提供对抗阻力的力。这就好比你左脚踩右脚、自己拉自己的头发想上天一样。
根本原因就违反了能量守恒定律。
也就是说孤立系统的能量是守恒的，需要外部的输入才能增加，你不能在一个孤立的系统中自己选创造出能量。
说到这里，貌似在地球上不能造出永动机的原因是因为阻力的存在。那么我们把一个轮子或者脱落拿到深邃的宇宙空间呢？周围没有其他引力源的干扰会怎么样？
牛顿给出了答案，任何物体在没有外力的作用下，它都会保持最初的运动状态。它要么静止要么匀速直线运动，正所谓静者恒静、动者恒动。
运动是事物的本质，只要你给这个轮子提供一个初始的旋转动量，只要没有外力干扰它会转下去，直到天荒地老。
而地球就是这样，在46亿年前形成太阳系的一团椭球形气体云开始在引力的作用下坍缩，首先会形成一个原行星盘。
由于这个椭球状的气体云内的气体分子、原子自身会进行这大量的不规则运动，导致整团巨大的气体云会拥有一个极其缓慢的旋转动量。
例如你在水槽里放一池子水，等待水面稳定以后，打开下水孔，不一会儿比就会看到整个水面会形成漩涡往下流，且漩涡的速度会越来越快。
这就是整池子水内部微小旋转动量随着体积变小，被放大的效果，以前有人说水槽的漩涡是地转偏向力引起的，其实并不准确。
运动河流中的漩涡可以用地转偏向力来解释，但是我们家里小小的水槽中的漩涡并不是地球自转引起的。
如果真是这样，那我们人也应该能感受到北半球和南半球不同的地转偏向力，那不岂是走路一不小心方向就会发生偏移？
现在我们回到太阳系的形成！当气体云塌缩以后，根据角动量守恒定律，质量分布的更加紧密那么气体云旋转的速度就会加快，（类似于滑冰运动员）这就为整片原行星盘带来了可观的旋转速度。
有了初始的旋转动量，那么地球、各大行星，包括太阳在内基本上都在逆时针自转，而且所有的行星都在逆时针公转。
接下来的问题是，地球的自转和公转是否违背了能量守恒定律？是否和我们口中所说的“永动机”相违背？
其实地球的运动可以说它就是一个“永动机”，但不完全是，毕竟总有一天它会因为太阳、月球的潮汐引力不停的消耗掉自转动量，而停止自转；每过100年每天就会增加约0.002秒。
但这个时间尺度非常长，估计等到太阳系毁灭，地球被太阳吞噬都不会发生这样的事。
地球的公转也一样，也无法永动下去，在宇宙空间中，两个质量物体相互旋转，就会造成类似于电荷在电场中旋转一样，电荷会释放出电磁辐射，而质量物体会释放出引力辐射，并且带走轨道能量。
因此地球的公转轨道一直在衰减，总有一天它会螺旋坠入太阳。所以说在宇宙中旋转的天体还真的没有严格意义上的永动。
不过就算它们永动，也符合科学理论啊，并不违反能量守恒，而且正是能量守恒和牛顿惯性定律的真实实例。
如果把地球从太阳系中拿出来，单独放在深邃的宇宙空间中，它就会因为角动量守恒一直自转下去，因为它没有对外做功，也没有受到阻力的影响，因此不要外力和能量的维持，可以在惯性作用下一直自转。
公转轨道也一样，地球本身在垂直于太阳引力方向上做匀速直线运动，但是却受到指向太阳中心的引力加速度，因此改变了运动速度（速度是矢量），所以造成它一直在绕太阳运行。
引力正是这个公转系统中的外力，因此地球的公转也没有违背能量守恒定律。也没有跟我们所说的永动机相违背。
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