第一宇宙速度是多少,第一宇宙速度推导公式

文章作者:岁月静好 | 2015-10-04
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想知道第一宇宙速度是多少之,第一宇宙速度推导公式前我们先要清楚什么是第一宇宙速度,所以接下来的段落里我们就来说说这些相关的问题。

其实所谓的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。

一、第一宇宙速度是多少

早期人们在探索航天途径时,为了估计克服地球引力、太阳引力所需的最小能量,引入了三个宇宙速度的概念,假设地球是一个圆环,周围也没有大气,物体能环绕地球运动的最低的轨道就是半径与地球半径相同的圆轨道。这时物体具有的速度是第一宇宙速度大约为7.9公里/秒。物体在获得这一水平方向的速度以后,不需要再加动力就可以环绕地球运动。

然而地球上的物体要脱离地球引力成为环绕太阳运动的人造行星,需要的最小速度是第二宇宙速度,第二宇宙速度约为11.2公里/秒,是第一宇宙速度的2倍。地面物体获得这样的速度即能沿一条抛物线轨道脱离地球。原文地址:http://www.ufo-1.cn/article/201510/401.html

第三宇宙速度地球上物体飞出太阳系相对地心最小速度,第三宇宙速度的大小约为16.6公里/秒。地面上的物体在充分利用地球公转速度情况下再获得这一速度后可沿双曲线轨道飞离地球,当它到达距地心93万公里处,便被认为已经脱离地球引力,以后就在太阳引力作用下运动。这个物体相对太阳的轨道是一条抛物线,最后会脱离太阳引力场飞出太阳系。

在这里我们另外强调一下一些特殊的轨道速度,例如环绕速度、逃逸速度等有的时候也被分别称为第一、第二宇宙速度。科学家估计当这个速度达到110-120公里/秒时,物体将脱离银河系,于是又有科学家把110-120公里/秒叫第四宇宙速度。

总而言之就是有四个宇宙速度,为了让各位网友看的更加明白下面我们来做个小总结。

宇宙速度:从地球表面发射的航天器环绕地球、脱离地球引力或飞出太阳系所需的最小速度。

第一宇宙速度:宇宙速度的一级,当物体具有每秒7.9km时的速度运动就和地球的的引力相平衡,就不落回地面环绕地球作匀速圆周运动,因此又叫环绕速度。

第二宇宙速度:宇宙速度的二级,当物体具有每秒11.2km时的速度运动就可有脱离地球的引力不再饶地球运动,因此该速度又叫脱离速度。

第三宇宙速度:宇宙速度的三级,当物体具有每秒16.7km时的速度就可以脱离太阳的引力不再饶太阳运动。

第四宇宙速度:宇宙速度的四级,当物体具有每秒110~120km时的速度就可以脱离银河系的引力到外星系。

 

二、第一宇宙速度推导公式

我们知道第一宇宙速度又称为环绕速度,是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度。如果要作圆周运动,必须始终有一个力作用在航天器上,其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径。

即F=\frac{mv^2}{R},其中\frac{v^2}{R}是物体作圆周运动的向心加速度。在这里,正好可以利用地球的引力,在合适的轨道半径和速度下,地球对物体的引力,正好等于物体作圆周运动的向心力。

第一宇宙速度的计算公式是:   G\frac{Mm}{R^2} = m\frac{v_1^2}{R} v_1 = \sqrt{\frac{GM}{R}} = 7.9 km/s 或者:   mg = m\frac{v_1^2}{R} v_1 = \sqrt{gR} = 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。在此高度下的环绕速度为7.8千米/秒。

第一宇宙速度推导公式就是F=GMm/r=mv/r又这个公式我们可以得出GM=gr

从而解得v=gr,将R地=6.37×10m,g=9.8 m/s代入,并开平方,得v= 7.9 km/s。其中F为两个物体之间的引力,G是万有引力常数,r则是两个物体之间的距离。

 

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