国学经典,永久流传《诗经朗诵全集》
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2023-07-31
1. 宇宙速度就是从地球表面向宇宙空间发射人造地球卫星、行星际和恒星际飞行器所需的最低速度。人造卫星之所以能围绕地球运行是因为有恰当的速度如果速度不够大就会落回地面;如果速度过大则会脱离地球引力场或太阳引力场。
2. 第一宇宙速度是人造卫星、航天器等物体围绕地球表面作圆周运动时的速度为7.9 千米/秒。
3. 第二宇宙速度是航天器脱离地球引力场所需的最低速度为11.2 千米/ 秒。
4. 第三宇宙速度是航天器脱离太阳引力场所需的最低速度为16.7千米/秒。
5. 区别:达到第一宇宙速度只能围绕地球做圆周运动达到第二宇宙速度可以脱离地球的引力场进入更遥远的星空达到第三宇宙速度可以摆脱太阳引力束缚而飞出太阳系。
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。
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=6.37×10mg=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。
第一宇宙速度是7.9 km/s。 第一宇宙速度指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度(first cosmic velocity)。 第二宇宙速度是11.2km/s。是第一宇宙速度的√2倍。 第二宇宙速度是人造天体无动力脱离地球引力束缚所需的最小速度。 第三宇宙速度是16.7km/s。 若要使在地球表面的物体挣脱太阳引力的束缚飞到太阳系以外的宇宙空间去则必须使它的初速度大于或等于16.7km/s即第三宇宙速度。
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