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第一宇宙速度

物体要达到绕地球飞行作圆周运动的速度

所谓宇宙速度就是从地球表面发射飞行器,飞行器环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度,分别称为第一、第二、第三宇宙速度。

第一宇宙速度是物体要达到绕地球飞行作圆周运动的速度。第一宇宙速度约为7.9公里/秒。航天器只能大于这个速度,才不会落回地面。

中文名称第一宇宙速度英文名称First Cosmic Velocity
别称航天器最小发射速度、航天器最大运行速度、环绕速度表达式v=√gR
提出者牛顿

推导公式

F=GMm/r2=mv2/r

GM=gr2

解得v2=gr

取R=6.37×106m,将g=9.8 m/s2代入,开平方得:

v= 7.9 km/s

实际上,地球表面存在稠密的大气层,航天器不可能贴近地球表面作圆周运动,必需在150千米的飞行高度上,才能绕地球作圆周运动。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行,地面对航天器引力比在地面时要小,故其速度也略小于v1。在此高度下的环绕速度为7.8千米/秒。

原理

如果在地面上向远处发射炮弹,炮弹速度越高飞行距离越远,当炮弹的速度达到“7.9千米/秒”时,炮弹不再落回地面(不考虑大气作用),而环绕地球作圆周飞行,这就是第一宇宙速度。

第一宇宙速度也是人造卫星在地面附近绕地球做“匀速圆周运动”所必须具有的速度。但是随着高度的增加,地球引力下降,环绕地球飞行所需要的飞行速度也降低,所有航天器都是在距地面很高的大气层外飞行,所以它们的飞行速度都比第一宇宙速度低。

人造卫星在地面附近(高度忽略)绕地球做匀速圆周运动时,其轨道半径近似等于地球半径R,其向心力为地球对卫星的万有引力,其向心加速度近似等于地面处的重力加速度。

物体所受重力=万有引力= 航天器沿地球表面作圆周运动时向心力

理论依据

物体间相互作用的一条定律,是1687年牛顿发现的。任何物体之间都有相互吸引力,这个力的大小与各个物体的质量成正比例,而与它们之间的距离的平方成反比。如果用m1、m2表示两个物体的质量,r表示它们间的距离,则物体间相互吸引F=(Gm1m2)/r2,G称为万有引力常数。

万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出的。牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律,而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他认为月球除了受到地球的引力外,还受到太阳的引力,从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等。另外,他还解释了慧星的运动轨道和地球上的潮汐现象。勒威耶根据万有引力定律注册送3金币捕鱼地预言并发现了海王星。

万有引力定律出现后,才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上,从而创立了天体力学。两物体间引力的大小与两物体的质量的乘积成正比,与两物体间距离的平方成反比,而与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。

宇宙速度

所谓宇宙速度就是从地球表面发射飞行器,飞行器环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度,分别称为第一、第二、第三宇宙速度。

第一宇宙速度,是物体要达到绕地球飞行作圆周运动的速度。数值约为7.9km/s。

第二宇宙速度,是物体脱离地球引力束缚所需的最小速度。数值大小为11.2km/s。

第三宇宙速度,是物体从地球表面飞出太阳系,到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度。数值大小为16.7km/s。 

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最新更新:2015-06-23 18:29
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