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第一宇宙速度是多少
對于第一宇宙速度很多人并不陌生,在高中物理課堂都有學習過一二,知道第一宇宙速度是多少。但是V1=7.9公里/秒,這個數字是怎么來的呢,除了第一宇宙,還存在其它的宇宙速度嗎?下面是奧秘世界為整理出最詳細的第一宇宙速度推導過程及相關宇宙速度的信息。


第一宇宙速度是多少

第一宇宙速度,是指航天器沿地球表面作圓周運動時必須具備的速度,也叫環繞速度。第一宇宙速度兩個別稱:航天器最小發射速度、航天器最大運行速度。在一些問題中說,當某航天器以第一宇宙速度運行,則說明該航天器是沿著地球表面運行的。按照力學理論可以計算出V1=7.9公里/秒。航天器在距離地面表面數百公里以上的高空運行,地面對航天器引力比在地面時要小,故其速度也略小于V1。第一宇宙速度(V1)物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度叫做第一宇宙速度。





物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力的束縛。在擺脫地球束縛的過程中,在 地球引力的作用下它并不是直線飛離地球,而是按拋物線飛行。脫離地球引力后在太陽引力 作用下繞太陽運行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系,物體的運動速度必須達到16.7千/秒。那時將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。 人類的航天活動,并不是一味地要逃離地球。特別是當前的應用航天器,需要繞地球飛行,即讓航天器作圓周運動。

我們知道,必須始終有一個與離心力大小相等,方向相反的力作用 在航天器上。在這里,我們正好可以利用地球的引力。因為地球對物體的引力,正好與物體 作曲線運動的離心力方向相反。經過計算,在地面上,物體的運動速度達到7.9千米/秒時,它所產生的離心力,下好與地球對它的引力相等。這個速度被稱為環繞速度。 上述使物體繞地球作圓周運動的速度被稱為第一宇宙速度;擺脫地球引力束縛,


飛離地球的 速度叫第二宇宙速度;而擺脫太陽引力束縛,




飛出太陽系的速度叫第三宇宙速度。根據萬有引力定律,兩個物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此,物體離地球中心的距 離不同,其環繞速度(第一宇宙速主)和脫離速度(第二宇宙速度)有不同的數值。 第一宇宙速度是7.8千米/秒,這樣可以繞軌道飛行,第二宇宙速度是11.2千米/秒,可以沖出地球,第三宇宙速度是16.7千米/秒,這樣可以飛出太陽系

第六宇宙速度:第六宇宙速度是指在地球上以這一速度發射飛船,即可脫離全宇宙的引力的速度,由于目前尚未測準宇宙總質量,因此沒有準確數值。而現在,連第四宇宙速度的準確值尚無法辨認。






第六宇宙速度



假設在宇宙邊界之外,還有別的世界…… 那么要脫離宇宙,到達另一個世界,需要的最低速度有多大?第六宇宙速度這個概念便產生了。
  當在地球上以這一速度發射飛船,即可脫離全宇宙的引力,由于目前尚未測準宇宙總質量,因此沒有準確數值。


宇宙速度定義








宇宙速度是指物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力束縛的一種速度。在擺脫地球束縛的過程中,在地球引力的作用下它并不是直線飛離地球,而是按曲線飛行。脫離地球引力后在太陽引力作用下繞太陽運行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系,物體的運動速度必須達到16.7千米/秒。那時將按雙曲線軌跡飛離地球,而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。



第一宇宙速度

眾所周知,第一宇宙速度是是指物體緊貼地球表面作圓周運動的速度(也是人造地球衛星的最小發射速度,也是最大繞行速度),


第二宇宙速度

第二宇宙速度是指物體完全擺脫地球引力束縛,飛離地球的所需要的最小初始速度,


第三宇宙速度

第三宇宙速度是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系所需的最小初始速度,


第四宇宙速度

所謂第四宇宙速度,指在是地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛,飛出銀河系所需最小初始速度,大約為110-120km/s,指在銀河內絕大部分地方所需要的航行速度。如充分利用太陽系圍繞銀心的轉速,最低航行速度可為82km/s。由于人類對銀河系所知甚少,銀河系的質量以及半徑等無法取值,這個數字還需要很久才能形成公論。


第五宇宙速度

第五宇宙速度指航天器從地球發射,飛出該星系群最小速度,因為本星系群的半徑、質量均未有足夠精確數據,因而無法準確得知數據大小。科學家估計該星系群尺度大概有500--1000萬光年,照這樣算,需要1500--2250km/s的速度才能飛離,但這個速度以人類科學發展水平,至少需要幾百年才能達到,所以只是一個幻想。





一、第一宇宙速度推導過程




在做第一宇宙推導時理解人造衛星在地面附近(高度忽略)繞地球做勻速圓周運動時,其軌道半徑近似等于地球半徑R,其向心力為地球對衛星的萬有引力,其向心加速度近似等于地面處的重力加速度。

所以,物體所受重力=萬有引力= 航天器沿地球表面作圓周運動時向心力,在這里,正好可以利用地球的引力,在合適的軌道半徑和速度下,地球對物體的引力,正好等于物體作圓周運動的向心力。

1、萬有引力定律

F=GM1M2/(r2) (G=6.67×10N·m) 可以讀成F等于G乘以M1M2與R的平方的商

注:

F: 兩個物體之間的引力

G: 萬有引力常數

m1: 物體1的質量

m2: 物體2的質量

r: 兩個物體之間的距離

2、物體所受重力=萬有引力= 航天器沿地球表面作圓周運動時向心力的公式表達為:

mg=GMm/r

2=mv

2/r

mg=mv

2/r

解得v

2=gr

將R地=6.37×10

6m,g=9.8 m/s

2 代入,并開平方,得

v= 7.9 km/s

注:①第一個R是衛星的軌道半徑,第二個R是地球半徑,g是重力加速度。但是在計算第一宇宙速度時,假定衛星的軌道半徑等于地球半徑。也就是衛星在地面的高度飛行。因此兩者相等。

②由于在地面時g=GM/R

2,所以gR=GM/R,因此兩個公式相等。

結論,兩道公式在推導方式和具體含義上不同,但是在數學結果上相等。公式一的適用范圍更廣,適合于任何軌道上的環繞速度計算。公式二只能用于計算最小第一宇宙速度。



二、第一宇宙速度的應用




事衛星等。

航天飛行器:發射無人/載人航天飛行器、星際旅行飛行器、運貨飛船以及空間站。

三、關于第一宇宙速度常見問題

1.關于第一宇宙速度的運行周期可以是60分鐘么?

不可以。第一宇宙速度7.9km/s ,地球半徑6400km,周長為40192km ,周期為40192/7.9=5087 (s)>60分鐘。

2.一個運行速度為第一宇宙速度的衛星的運行周期可以是24小時嗎?

不能。第一宇宙速度的衛星的運行周期大約是85分。

3.月球的第一宇宙速度?

月球的第一宇宙速度約是1.68km/s。

相關的宇宙速度




仍然在繼續,如何超越一層層的宇宙速度,探索更廣闊的宇宙奧秘,仍是人們科技進步的尋求。假如我們人類超越宇宙的速度能承受的極限多少,能看到又是怎么樣的一個宇宙呢?

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