第一宇宙速度计算公式(第一二三宇宙速度分别是什么)

第一宇宙的速度是每秒7.9公里,它还有一个名字,那就是“盘旋速度”。

顾名思义,一个物体只要初速度达到每秒7.9公里,就可以成为地球的卫星,绕地球运行而不坠落。但是不要以为我们发射的每个人造地球卫星都会以这个速度发射L 空。第一宇宙速度的概念源于牛顿的假设。这个假设是这样的:一个炮弹在地球上水平发射。如果这个壳的速度足够快,它会绕着地球转,永远不会着陆。这个假设被称为“牛顿的大炮”,炮弹和火箭有本质的区别。炮弹没有随动动力,只有有足够快的初速度才能进入地球轨道。

第一宇宙速度计算公式(第一二三宇宙速度分别是什么)

火箭利用物质向后喷射产生的反作用力向前推进,所以理论上,如果火箭有源源不断的动力,无论飞得多慢,最终都能够进入地球轨道。

当然,这只是一个理论。现实中的火箭是化学动力,燃料已经占据了火箭的大部分重量。所以还是要尽可能的提高速度,才能把飞船送上天。那么第一宇宙速度是怎么算出来的呢?真正的火箭速度需要多快?人造卫星绕地球运行时,实际上是做了一个向心运动,支撑这个向心运动的向心力实际上是引力。在这种情况下,我们可以列出向心力的表达式,即:G=m(V∧2/R)。

G=M(V∧2/R),其中G为向心力,即引力常数,M为卫星质量,R为地球半径。

与地球相比,人造卫星的质量非常小,基本可以忽略不计,所以根据这个公式可以计算出速度V为7.9km/s,这是第一宇宙速度。第一宇宙速度是相对于地心的,地球自己旋转。所以在发射飞船的时候,我们可以利用地球的自转速度,这样可以更加省力。作为一个球体,地球在不同位置的自转速度是不一样的,赤道地区最快,自转速度约为460m/s,也就是说在赤道地区发射一枚火箭只需要7.4km/s。

因为在赤道地区发射火箭可以最大限度地发挥杠杆作用,所以世界上很多国家都会选择在赤道附近建设发射基地,比如中国的海南文昌发射基地,而中国的长征系列火箭发射速度约为7.5 km/s。

如果达到第一宇宙速度,就可以绕地球运行。超过第一宇宙速度怎么办?如果一个物体的速度刚好等于第一宇宙速度,理论上它会以近乎圆形的轨道绕地球运行。当物体的速度超过第一宇宙速度时,其轨道会趋于椭圆,速度越快,椭圆越椭圆。如果这个物体的运动速度达到一个阈值,那么它就可以完全摆脱地球引力。这个门槛就是第二宇宙速度。

一旦物体的运动速度达到第二宇宙速度,就可以与地球分离,所以第二宇宙速度也被称为“分离速度”。

第二宇宙的速度是多少?第二宇宙速度的推导会更复杂。我们省略这个过程,直接给出公式,即v = √ 2gm/r,在这个公式中,g仍然是引力常数,m是地球的质量,r是地球的半径。我们可以通过计算得到V=11.2km/s的结果,这是第二宇宙速度。如果一个物体达到第一宇宙速度,它就可以成为地球的卫星。如果达到第二宇宙速度,就可以成为绕太阳运行的行星。如果它想冲出太阳系呢?当然可以。有必要达到第三宇宙速度。

第三宇宙速度的推导过程比较复杂,我们还是直接给出公式,即V=√2V(地)。

在这个公式中,2V(地面)代表地球绕太阳的公转速度,大约是每秒30公里。这个公式是以太阳为参考系计算的,而我们说的第三宇宙速度是以地球为参考系,所以要减去地球本身的公转速度,所以公式就变成V=(√2-1)V(地),结果是16.7km/s,这就是第三宇宙速度。它只是太阳系中一个普通的恒星系统,在它之外还有很多更大的宇宙结构,所以在第三宇宙速度之外还有第四、第五等等宇宙速度,仅仅靠我们现在的能力是无法计算出来的,因为我们根本无法确定更大的宇宙结构的质量。

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