騎自行車去月球需要多久？

小妖

自從美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗首次登月以來，人類對于月球的探索已經(jīng)有半個世紀(jì)。月亮作為距離地球最近的天體，如有機會，大家都想上去看一看。那么怎么上去呢？有個人腦洞大開：騎自行車上月球要多久呢？這種出行方式節(jié)能又環(huán)保！

這個說法令人疑惑，上天是飛機才能干的事情，自行車沒有路怎么能上天呢？這個人就說了，我們可以用特殊材料制造一種線將地球和月亮連接起來，這種線足夠牢固和持久，可以作為“自行車道”。然后再造一輛可以在這種線上騎行的特制的“登月自行車”。“登月自行車”和“自行車道”完美結(jié)合，可以保證當(dāng)你停止騎行去休息的時候，車和你都不會從線上掉下來。

有人會說，騎自行車上山都很難，更別說將自行車垂直騎上天了。其實仔細(xì)想一想，阻止我們離開地面的只是地球的引力，如果沒有引力的話，你在天空中的向上移動和向下移動的難易程度是一樣的。騎自行車上山之所以難，除了克服自身重力之外，還需要克服自行車的重力和阻礙前進的摩擦力。現(xiàn)在我們忽略自行車的重力以及“登月自行車”和“自行車道”之間的摩擦力（暫且認(rèn)為它們小到忽略不計），這樣引力就變成了唯一阻礙。

如果能夠克服引力，我們就可以騎自行車去月球了嗎？去一個地方之前首先要知道它有多遠(yuǎn)。月亮有多遠(yuǎn)其實是一個很難回答的問題，因為月亮繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道不是規(guī)則的圓形，所以我們?nèi)?8.6萬公里這個月亮和地球的平均距離作為我們的總旅程。想象一下一輛汽車如果開了38.6萬千米，那絕對算得上是一輛老車了。當(dāng)然，距離雖然遠(yuǎn)，但是不計算一下，我們也不知道騎自行車究竟要多久才能到。而計算結(jié)果著實令我們感到意外！

我們現(xiàn)在知道了位移（s）為38.6萬千米，所以我們只需要知道速度（v）就可以利用公式t=s/v求出時間（t）了嗎？這個想法是對的，但是人畢竟不是機器人，騎行過程中的體力消耗會導(dǎo)致速度不能保持穩(wěn)定，所以我們不采用這個方法。我們從能量守恒的角度去考慮這個事情——人踩自行車輸出的總能量（W人）和從地球到月亮克服引力所做的功（W引力）相等，即W人=W引力。借助于能量（W）、功率（p）和時間（t）之間的關(guān)系：t=W/p，我們把人騎自行車的輸出功率記為P人，我們可以求出時間t=W人/P人=W引力/P人

人騎自行車的輸出功率是多少呢？環(huán)法自行車賽的自行車手每天騎行6小時，他們騎行的平均輸出功率為200J/s，我們采用這個功率作為人的輸出功率。引力所做的功等于引力在引力方向上的位移積分。兩個物體，一個質(zhì)量為M，另一個質(zhì)量為m，兩者的距離為r，它們之間的引力為：F=GMm/r2。所以，地球?qū)θ说囊镕地=GM地m/r2（G為引力常數(shù)、人的質(zhì)量m定為75kg、M地為地球質(zhì)量，r為人與地心的距離）。引力做的功用積分計算：W引力=f地dr。但這個式子忽略了月球?qū)θ说囊Γ瑢嶋H上月球?qū)θ说囊月=GM月m/（R-r）2（M月為月球質(zhì)量，R為地心與月心的距離），方向與地球?qū)θ说囊Ψ较蛳喾础Ｋ匀耸艿降目傄镕總=GM地m/r2-GM月m/（R-r）2，人所做的總功為W引力=f1dr。至此，我們便可以利用t=W引力/P人求出時間。

地球?qū)θ说奈S著人與地心的距離的增大而變化的情況。一開始引力阻礙自行車的前進，隨著距離越大，引力逐漸變小，到了后面引力改變方向其值也變?yōu)樨?fù)數(shù)，反而起到了拉動自行車前進的作用。當(dāng)人接近月亮表面的時候，就會在月亮上空發(fā)生自由落體現(xiàn)象。

經(jīng)過計算，得出的時間為267天。這也就意味著，當(dāng)你造出這樣的“自行車道”和“登月自行車”的時候，一個環(huán)法自行車賽的自行車手經(jīng)過晝夜不停267天的騎行，將會到達(dá)月球。這個時間看起來，好像也不算太久。如果每天騎行6小時，大概3年就可以到達(dá)月球！