第一宇宙速度
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第一宇宙速度
科技名词定义
中文名称:第一宇宙速度
英文名称:first cosmic velocity
定义:地球表面处的环绕速度,其值约为7.9km/s。
应用学科:天文学(一级学科);天体力学(二级学科)
航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度,也叫环绕速度。第一宇宙速度两个别称:航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。在一些问题中说,当某航天器以第一宇宙速度运行,则说明该航天器是沿着地球表面运行的。按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒。
简介
第一宇宙速度(V1)
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。
第一宇宙速度
航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度,也叫环绕速度。第一宇宙速度两个别称:航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。在一些问题中说,当某航天器以第一宇宙速度运行,则说明该航天器是沿着地球表面运行的。按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒。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。
推导
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
火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机相关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量,即净重)之比。因此,质量比大,就意味着火箭的结构质量小,所携带的推进剂多。火箭可分为单级和多级,多级火箭又可分为串连、并连、串并连相结合,一般来说,火箭级数越多它的动能越大,但是理论计算和实践经验表明,每增加1份有效载荷,火箭需要增加10份以上的质量来承受,随着火箭级数的增加,使最下面的一级和随后的几级变得越来越宠大,以致于无法起飞。多级火箭一般不超过4级。
相关概念
万有引力定律
物体间相互作用的一条定律,1687年为牛顿所发现。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,则物体间相互吸引力为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。根据万有引力定律成功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。
用公式表示为:F=G*M1M2/(R*R)(G=6.67×10^-11N?m^2/kg^2)可以读成F等于G乘以M1M2除以R的平方商
更加严谨的表示是如下的矢量形式:
其中:
F: 两个物体之间的引力
G: 万有引力常数
m1: 物体1的质量
m2: 物体2的质量
r: 两个物体之间的距离
第二宇宙速度
第二宇宙速度(V2)当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定
值时,它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星,
这个速度就叫做第二宇宙速度,亦称逃逸速度。按照力学理论可以
计算出第二宇宙速度
V2=11.2公里/秒。由于月球还未超出地球引力的范围,故从地面
发射探月航天器,其初始速度不小于10.848公里/秒即可。
第三宇宙速度
第三宇宙速度(V3)从地球表面发射航天器,飞出太阳系,到
浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度。按
照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒。需要注意
的是,这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出
的V3值;如果方向不一致,所需速度就要大于16.7公里/秒了。
可以说,航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素,目前
只有火箭才能突破宇宙速度。
第四宇宙速度
预计物体具有110~120km/s的速度时,就可以脱离银河系而进入河外星系,这个速度叫做第四宇宙速度。
第五宇宙速度
指的是航天器从地球发射,飞出本星系群的最小速度大小,由于本星系群的半径、质量均未有足够精确的数据,所以无法估计数据大小。目前科学家估计大概有50--100亿光年,照这样算,应该需要1500--2250km/S的速度才能飞离。
宇宙第一速度是什么?
第一宇宙速度(V1)
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。
航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度,也叫环绕速度。第一宇宙速度两个别称:航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。在一些问题中说,当某航天器以第一宇宙速度运行,则说明该航天器是沿着地球表面运行的。按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒。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。