這是一個有趣的問題，如果沒有學過物理的同學第一反應一定是當然會落回來啊。但是學過物理后就會發現問題并沒有那么簡單。

空間站高度下的空氣阻力

不過在解答這個問題前，我得先說明一點，空間站高度上，即使你不扔那把刀子，它最終也會落向地球，因為空間站的高度很有限，還處在大氣層內，雖然空氣已經很稀薄，但依然存在一定的空氣，這些空氣會對軌道上公轉的物體產生輕微的阻力，物體會逐漸減速后落回地面。因此，空間站是需要通過動力推進系統維持軌道穩定的，不然就會在空氣阻力下減速墜落。當然這種情況顯然不是題目所要討論的，因此我們忽略這種大氣減速效應，單純從運動學的角度來討論。

（天宮一號試驗艙減速落回大氣層，圖源：wonderfulengineering.com）

空間站的運行速度

既然要從運動學方面分析，自然先要確定空間站的運動速度，也就是它繞地公轉的速度。我們以中國空間站為例進行計算。根據地球質量、半徑和中國空間站高度，代入環繞速度公式即可計算出它所在高度的環繞速度，結果如下：

在400公里高度上的環繞速度約為7.66km/s，這就是中國天宮空間站的大致速度，它大概1.5個小時就會繞地球一周。網上搜索到的速度一般為7.68km/s，我不確定這個差值是否是地球自轉造成的。不過這兩個數字差距只有0.3%不到，不影響后面的分析。

環繞速度的方向

空間站的環繞軌道是一個接近圓形的軌道，所以很容易讓人以為空間站一直在拐彎，但實際上在我們忽略了空氣阻力后，環繞速度相當于一個慣性運動物體，它是不會主動改變方向的，它的運動方向實際上是切向，也就是圓軌道的切線方向。也就是說中國空間站在軌道切線方向上有一個7.66km/s的運動速度。

（中國空間站切向速度，圖源：geekfence.com）

有人可能會問，切向方向是遠離地球的方向，這不就飛走了嗎？顯然中國空間站并沒有飛走，原因在于它處在地球的引力場中，它受到了外力——地心引力。地心引力給了空間站一個額外的加速度——重力加速度，這個加速度的方向是指向地心的（忽略地球自轉）。這個額外的加速度一直在改變空間站的運動方向，在兩者共同作用下取得平衡，最終呈現了一條近似圓形的軌道。

（中國空間站合成運動軌跡，圖源：geekfence.com）

在空間站上使勁向地球扔一把刀會怎樣？

根據前面分析，空間站本身具有一個切向7.66km/s的速度，空間站上所有物體包括人和刀子都繼承了這個速度。因此很自然地，當人用力向地球方向扔刀子的時候，刀子會在慣性作用下依然有一個原軌道切線方向的初速度，這個速度遠比人拋擲刀子的速度高。

專業棒球投手投球的最快紀錄是170km/h左右，由于刀子的密度更高阻力更小，為了方便計算，我們假設投擲時速能達到360km/s吧，秒速僅有100m……這跟刀子自身切向初速度相差近80倍，差得有點太遠了，

（棒球投手投球，圖源：Heavy.com）

結果顯而易見，飛出的刀子會進入一條近地點較低的橢圓軌道繼續繞地球公轉，短時間無法落回地面。

（刀子運動方向分析，圖源：wordlesstech.com）

怎樣扔才能把刀子扔回地面？

其實要把刀子扔回地面，向地球方向扔是不對的，由于刀子攜帶了空間站的切向加速度使其保持在相同高度運行。當你要讓它落回地面，要做的是把這個7.66km/s的切向速度消掉。正確的做法是向運動方向的正后方以7.66km/s的速度投擲，這樣，刀子的公轉速度就會瞬間降為0，失去速度的刀子就會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？這個問題要考慮刀子形狀、空氣摩擦等因素，能不能落到地面我不知道，很大可能在空中就像流星一樣燒沒了，也有可能由于形狀尖銳纖薄，摩擦較小而幸存下來……

我是星宇飄零，關^_^注我，和你分享更多有趣科學知識。

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