如何騎自行車去月球？

自從美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗首次登月以來，人類對於月球的探索已經有半個世紀。月亮作爲距離地球最近的天體，如有機會，大家都想上去看一看。那麼怎麼上去呢？有個人腦洞大開：騎自行車上月球要多久呢？這種出行方式節能又環保！

這個說法令人疑惑，上天是飛機才能乾的事情，自行車沒有路怎麼能上天呢？這個人就說了，我們可以用特殊材料製造一種線將地球和月亮連接起來，這種線足夠牢固和持久，可以作爲“自行車道”。然後再造一輛可以在這種線上騎行的特製的“登月自行車”。“登月自行車”和“自行車道”完美結合，可以保證當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（暫且認爲它們小到忽略不計），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。月亮有多遠其實是一個很難回答的問題，因爲月亮繞地球旋轉的軌道不是規則的圓形，所以我們取38.6萬公里這個月亮和地球的平均距離作爲我們的總旅程。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。當然，距離雖然遠，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。而計算結果着實令我們感到意外！

騎自行車去月球需要多久？

我們現在知道了位移(s)爲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致速度不能保持穩定，所以我們不採用這個方法。我們從能量守恆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 。藉助於能量(W)、功率(p)和時間（t）之間的關係：t=W/p,我們把人騎自行車的輸出功率記爲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爲200J/s，我們採用這個功率作爲人的輸出功率。引力所做的功等於引力在引力方向上的位移積分。兩個物體，一個質量爲M，另一個質量爲m，兩者的距離爲r，它們之間的引力爲：F=GMm/r 2 。所以，地球對人的引力爲F 地 =GM 地 m/r 2 (G爲引力常數、人的質量m定爲75kg、M 地 爲地球質量, r爲人與地心的距離)。引力做的功用積分計算：W 引力 =ʃf地 dr。但這個式子忽略了月球對人的引力，實際上月球對人的引力F 月 =GM 月 m/（R-r） 2 （M 月 爲月球質量，R爲地心與月心的距離），方向與地球對人的引力方向相反。所以人受到的總引力爲爲F 總 = GM 地 m/r 2 - GM 月 m/（R-r） 2 ，人所做的總功爲W 引力 = ʃf 1 dr 。至此，我們便可以利用t = W 引力 / P 人 求出時間。

題圖清楚的展示了F總隨着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，隨着距離越大，引力逐漸變小，到了後面引力改變方向其值也變爲負數，反而起到了拉動自行車前進的作用。當人接近月亮表面的時候，就會在月亮上空發生自由落體現象。

經過計算，得出的時間爲267天。這也就意味着，當你造出這樣的“自行車道”和“登月自行車”的時候，一個環法自行車賽的自行車手經過晝夜不停267天的騎行，將會到達月球。這個時間看起來，好像也不算太久。如果每天騎行6小時，大概三年就可以到達月球！