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这是一个有趣的问题 ， 如果没有学过无论的同学第一反应一定是当然会落回来啊 。 但是学过物理后就会发现问题并没有那么简单 。
空间站高度下的空气阻力不过在解答这个问题前 ， 我得先说明一点 ， 空间站高度上 ， 即使你不扔那把刀子 ， 它最终也会落向地球 ， 因为空间站的高度很有限 ， 还处在大气层内 ， 虽然空气已经很稀薄 ， 但依然存在一定的空气 ， 这些空气会对轨道上公转的物体产生轻微的阻力 ， 物体会逐渐减速后落回地面 。 因此 ， 空间站是需要通过动力推进系统维持轨道稳定的 ， 不然就会在空气阻力下减速坠落 。 当然这种情况显然不是题目所要讨论的 ， 因此我们忽略这种大气减速效应 ， 单纯从运动学的角度来讨论 。
（天宫一号试验舱减速落回大气层 ， 图源：wonderfulengineering.com）
空间站的运行速度既然要从运动学方面分析 ， 自然先要确定空间站的运动速度 ， 也就是它绕地公转的速度 。 我们以中国空间站为例进行计算 。 根据地球质量、半径和中国空间站高度 ， 代入环绕速度公式即可计算出它所在高度的环绕速度 ， 结果如下：
【从空间站上用力向地球扔一把刀，会落回地球吗？】在400公里高度上的环绕速度约为7.66km/s ， 这就是中国天宫空间站的大致速度 ， 它大概1.5个小时就会绕地球一周 。 网上搜索到的速度一般为7.68km/s ， 我不确定这个差值是否地球自转造成的 。 不过这两个数字差距只有0.3%不到 ， 不影响后面的分析 。
环绕速度的方向空间站的环绕轨道是一个接近圆形的轨道 ， 所以很容易让人以外空间站一直在拐弯 ， 但实际上在我们忽略了空气阻力后 ， 环绕速度相当于一个惯性运动物体 ， 它是不会主动改变方向的 ， 它的运动方向实际上是切向 ， 也就是圆轨道的切线方向 。 也就是说中国空间站在轨道切线方向上有一个7.66km/s的运动速度 。
（中国空间站切向速度 ， 图源：geekfence.com）
有人可能会问 ， 切向方向是远离地球的方向 ， 这不就飞走了吗？显然中国空间站并没有飞走 ， 原因在于它处在地球的引力场中 ， 它受到了外力——地心引力 。 地心引力给了空间站一个额外的加速度——重力加速度 ， 这个加速度的方向是指向地心的（忽略地球自转） 。 这个额外的加速度一直在改变空间站的运动方向 ， 在两者共同作用下取得平衡 ， 最终呈现了一条近似圆形的轨道 。
（中国空间站合成运动轨迹 ， 图源：geekfence.com）
在空间站上使劲向地球扔一把刀会怎样？
根据前面分析 ， 空间站本身具有一个切向7.66km/s的速度 ， 空间站上所有物体包括人和刀子都继承了这个速度 。 因此很自然地 ， 当人用力向地球方向扔刀子的时候 ， 刀子会在惯性作用下依然有一个原轨道切线方向的初速度 ， 这个速度远比人抛掷刀子的速度高 。
专业棒球投手投球的最快纪录是170km/h左右 ， 由于刀子的密度更高阻力更小 ， 为了方便计算 ， 我们假设投掷时速能达到360km/s吧 ， 秒速仅有100m……这跟刀子自身切向初速度相差近80倍 ， 差得有点太远了 ，
（棒球投手投球 ， 图源：Heavy.com）
结果显而易见 ， 飞出的刀子会进入一条近地点较低的椭圆轨道继续绕地球公转 ， 短时间无法落回地面 。
（刀子运动方向分析 ， 图源：wordlesstech.com）
怎样扔才能把刀子扔回地面？其实要把刀子扔回地面 ， 向地球方向扔是不对的 ， 由于刀子携带了空间站的切向加速度使其保持在相同高度运行 。 当你要让它落回地面 ， 要做的是把这个7.66km/s的切向速度消掉 。 正确的做法是向运动方向的正后方以7.66km/s的速度投掷 ， 这样 ， 刀子的公转速度就会瞬间降为0 ， 失去速度的刀子就会在重力加速度作用下向地球垂直下落 。
至于它能不能落到地面？这个问题要考虑刀子形状、空气摩擦等因素 ， 能不能落到地面我不知道 ， 很大可能在空中就流星一样烧没了 ， 也有可能由于形状尖锐纤薄 ， 摩擦较小而幸存下来……
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